Организация и проведение поверки средств измерений

Для установления правильности показаний приборов не­обходимо проводить периодическую поверку всей аппарату­ры, используемой в контроле и диагностике, управлении тре­нировочным процессом и научных исследованиях в спорте.

Поверку проводят при помощи образцовых средств измере­ний, для которых разработаны соответствующие поверочные схемы, устанавливающие соподчинение эталонов, образцовых и рабочих мер и приборов, а также значение погрешностей при передаче единиц измерения от эталонов к образцовым средствам измерения и рабочим приборам.

Поверочные схемы подразделяются на общероссийские и ло­кальные (разработанные отдельными органами Государствен­ной метрологической службы или ведомственных метрологи­ческих служб).

Общероссийские поверочные схемы утверждаются в качестве государственных стандартов и служат основанием для состав­ления локальных поверочных схем и разработки государствен­ных стандартов на методы и средства поверки образцовых и рабочих средств измерений.

Практическое осуществление поверочной схемы — слож­ный динамический процесс, в котором решается большое число организационно-технических, экономических и науч­ных проблем (рис. 15).

 

Государственный эталон
Эталон сравнения
	)
ередачи^
>н 2-го ряда
"^ 1ередачи
ж 3-го ряда
^^

Эталон 4-го разряда

(^Метод передачи^

Метод передачи

Метод передачи

Высшей точности

| Высокой точности h низшей ТОЧНОст7"|

Средней точности

Рис. 15. Общий вид государственной поверочной схемы

Во главе поверочной схемы поставлен эталон, обеспечива­ющий наиболее точное воспроизведение и длительное хране­ние единицы измерения. Эталон, как правило, включает в себя эталонный метод и эталонную установку или систему устано­вок, с помощью которых воспроизводят единицу измерения. При этом предусмотрена возможность передачи размера еди­ницы измерения средствами измерения, стоящими ниже по поверочной схеме. В зависимости от количества проводимых измерений, с тем чтобы эталон не изнашивался, создают ра­бочий эталон, который используют непосредственно для пе­редачи размера единицы образцовым мерам. Рабочий эталон аттестуют по первичному эталону.

Образцовые средства измерений первого разряда аттесту­ются по рабочему эталону. Эти средства используют в метро­логических институтах Госстандарта и ведомственных базовых лабораториях метрологии.

Образцовые средства 1-го разряда применяют, как прави­ло, для аттестации образцовых средств 2-го разряда, которые используют для аттестации образцовых средств 3-го разряда (если это необходимо) или для поверки рабочих приборов.

Существуют следующие общие методы поверки:

• сличение средств измерений одного и того же вида при
помощи компаратора;,

• непосредственное сличение средств измерений с выше-[
стоящим средством измерения того же вида; |'

• поверки измерительного прибора по образцовой мере пу­
тем измерения величины воспроизведенной мерой;;

• прямое измерение образцовым измерительным прибором величины, воспроизводимой подвергаемой поверке мерой;

• косвенное измерение величины воспроизводимой мерой или измеряемым прибором, подвергаемым поверке;

• поверка средств измерений относительных величин, не требующая наличия образцовых средств измерений, програ-дуированных в единицах размерных величин.

Для сохранения единообразия проводимых измерений ис­пользуют одни и те же методы поверки во всех поверочных лабораториях страны. Поверку проводят с помощью образцо­вых средств, аттестованных соответствующими метрологиче­скими органами.

Приборы, измеряющие спортивные параметры, применя­ют в различных областях науки, техники, медицины, сельско­го хозяйства. Поэтому для их поверки используют самые раз­нообразные методы. Это не позволяет дать конкретное описание всех методов поверки приборов. Однако все методы имеют один и тот же принцип, который состоит в том, что находят раз­ность между показанием прибора и истинным значением ве­личины измерения.

Истинное значение измеряемой величины определяют с по­мощью образцовых средств измерения. По способу, который ис­пользуется для определения истинного значения измеряемой ве­личины, все методы можно условно подразделить на две группы. К первой группе относят методы, в которых истинное значе­ние определяется прямым методом с помощью образцовых средств измерения. Ко второй группе относят косвенные мето­ды поверки, когда используется однозначная зависимость меж­ду измеряемой величиной и величиной, входящей в формулу математического соотношения.

К поверке допускаются приборы, полностью укомплектован­ные, снабженные техническим описанием или инструкцией по эксплуатации, паспортом завода-изготовителя (техническим фор­муляром) или свидетельством о поверке. Неисправный или не удовлетворяющий этим требованиям прибор на поверку не при­нимают. При поступлении на поверку прибор подвергают внеш­нему осмотру, устанавливают комплектность в соответствии с паспортом, проверяют общую работоспособность (согласно тех­ническому описанию или инструкции по эксплуатации).

При поверке устанавливают соответствие показаний пове­ряемого прибора действительным значениям измеряемой вели­чины и погрешность измерения (т.е. находится ли погрешность поверяемого прибора в допустимых пределах. Поверку прибо­ров проводят при температуре окружающей среды 20 ± 5°С, относительной влажности воздуха 65 ± 15% и атмосферном давлении 100 ± 4 кПа (760 ± 30 мм рт. ст.).

Поверку приборов для измерения спортивных параметров должны проводить государственные или ведомственные по-верители. Ее осуществляют по рабочим инструкциям, кото­рые составляют для отдельных видов приборов. При отсут­ствии государственных или отраслевых инструкций рабочие инструкции на местах составляют поверители. При этом сле­дует руководствоваться действующими государственными или отраслевыми стандартами или методическими указаниями метрологических учреждений.

Инструкция должна включать следующие разделы:

• «Назначение поверяемого прибора»;

• «Средства поверки и основные операции при поверке»;

• «Порядок поверки»;

• «Оформление результатов поверки».

В разделе «Назначение поверяемого прибора» указывают на­значение прибора, диапазон измеряемых величин, кратко из­лагают правила пользования им.

В разделе «Средства поверки и основные операции при по­верке» указывают основные средства измерений, применяе­мые при поверке: поверочные установки, образцовые прибо­ры, образцовые источники, а также измерительные средства,

используемые в соответствии с требованиями методики по­верки, например барометр, термометр, секундомер, психро­метр, масштабную линейку и т.п.

Указывают основные операции, которые необходимо выпол­нять в процессе проведения поверки прибора, внешний осмотр, поверку комплектности прибора и общей работоспособности, установления соответствия показаний прибора действительным значениям измеряемой величины, определение погрешности поверяемого прибора.

В разделе «Порядок поверки» устанавливают последователь­ность операций при поверке на основе действующих стандар­тов или методических указаний.

В разделе «Оформление результатов проверки» приводятся форма протокола поверки и последовательность оформления результатов поверки. В протоколе поверки необходимо указать:

— наименование поверяемого прибора и его заводской номер;

— дату измерений;

— наименование образцового прибора, его заводской номер;

— тип образцовых источников, их номер, дату поверки и значение аттестованной физической величины, указанной в сви­детельстве;

— давление, влажность и температуру воздуха во время из­мерений;

— показания прибора от контрольного источника в момент поверки;

— данные непосредственных измерений;

— данные обработки результатов измерений;

— погрешность измерений.

Протокол поверки должен быть подписан поверителем, про­водящим поверку, с указанием даты. В инструкции необходи­мо указать сроки поверок, которые устанавливают, исходя из технических условий на прибор в соответствии с условиями его применения и фактической необходимостью, но не реже одного раза в год.

Если в пределах погрешности, указанной в технической до­кументации на прибор, показания поверяемого прибора со­ответствуют истинным значениям измеряемой величины, при­бор признают годным, о чем делают запись в техническом формуляре или выписывают свидетельство о поверке.

Свидетельство подписывают государственный или ведом­ственный поверитель, проводивший поверку, и руководитель метрологического подразделения.

Приборы, не удовлетворяющие требованиям технической документации на прибор, считают не прошедшими поверку и в обращение не допускают.

К помещениям, в которых проводится поверка измеритель­ной техники, предъявляются определенные требования. Они

излагаются в специальных инструкциях. Важнейшее требова­ние к помещениям — нечувствительность здания к вибрациям. Целесообразно метрологическую службу размещать в отдель­ном здании.

Помещения должны быть сухими, оборудованы вентиля­цией. Через эти помещения не должны проходить парогазо-проводы. В помещении должна быть обеспечена постоянная тем­пература 20 °С. Отклонения от этой температуры должны соответствовать стандарту на методы и средства поверки.

Общая производственная площадь — из расчета 10—12 м на одного работающего. Когда поверитель обслуживает 2—3 уста­новки, то площадь можно исчислять из расчета 4—6 м на одно рабочее место (установку).

К расчетной площади следует прибавить складскую и вспо­могательную. Пол желательно покрыть линолеумом. Электропро­водка должна быть внутренней. Помещения, предназначенные для поверки электрической и радиотехнической аппаратуры, должны быть удалены от источников сильных магнитных полей.

Численность работников с правом ведомственной поверки средств измерений определяют, исходя из номенклатуры и числа средств измерений, подлежащих поверке, и межпове­рочных интервалов. Нормы времени на поверку могут быть взя­ты в лабораториях госнадзора Госстандарта РФ.

Определенными трудностями при проведении поверочных ра­бот в научно-исследовательских институтах являются передача приборов из группы в группу, не согласованное с метрологиче­ской службой получение приборов со склада или списание их. Контроль за измерительной техникой внутри подразделений ин­ститута значительно упрощается в случае назначения в данном подразделении лица, ответственного за средства измерений. Це­лесообразно специальной инструкцией или приказом по инсти­туту определить права и обязанности ответственных лиц.

Работник, ответственный за использование средств изме­рений, обязан своевременно представлять средства измерений, принадлежащие лаборатории, в поверку, вести учет и техни­ческую документацию, подавать заявки на приобретение но­вых приборов, оформлять списание вышедших из строя и мо­рально устаревших средств измерений.

Образцовые средства измерений должны быть хорошо пред­охранены от резких изменений температуры, от толчков, тряски и пр. Поэтому их всегда нужно хранить в специальных поме­щениях с двойными, хорошо изолированными стенами, иногда достаточно углубленными в землю, т.е. в таких помещениях, внутри которых температура чрезвычайно стабильная, а годо­вая амплитуда колебаний температуры ничтожна (например, не превышает 1—2°С). По вышеуказанной причине образцо­вые средства по возможности не следует перевозить. Для пред-

охранения образцовых средств от случайных повреждений они должны находиться в двойных футлярах.

Используемые в физической культуре и спорте приборы под­разделяются на следующие основные группы:

— измерительные преобразователи различных типов (кон­тактные, тензо-, фото- и сейсмопреобразователи, акселеро­метры и др.);

— динамометрические устройства, тензоплатформы и дру­гие тензоустройства;

— различная усилительная аппаратура;

— различные генераторы импульсов;

— радиотелеметрические устройства;

— различные самопишущие регистраторы (перьевые, стре­лочные, шлейфные, электронные);

— цифровые устройства измерения и регистрации времен­ных, амплитудных и интегральных характеристик (хрономет­ры механические, электромеханические и электронные, вольт­метры, интеграторы).

Указанная аппаратура и составляет объект поверки.

В результате проведенных исследований диапазонов изме­рения величин частотных и точностных характеристик пара­метров комплексного контроля в спорте были сделаны следу­ющие заключения:

— наибольшая величина усилий, развиваемых человеком в спортивных движениях, составляет около 10 000 Н (1000 кгс), например, при взаимодействии с опорой в опорном прыжке;

— наименьшая величина усилия — порядка 0,001 кгс дости­гается в движениях точностного характера, например, в пуле­вой стрельбе;

— частотный диапазон сигналов — от 0,1 до 200 Гц;

— значения измеряемых линейных перемещений лежат в ди­апазоне 10—2,5 м;

— угловые перемещения — в интервале от 10 угловых минут до 1440 угловых градусов;

— диапазон измеряемых скоростей составляет от 0,1 до 50 м/с;

— значения измеряемых ускорений — в диапазоне от 10 до 50 м/с;

— измеряемые временные интервалы — в диапазоне 10—100 с.

Комплексы испытательно-поверочных устройств должны обеспечивать возможность получения статических и динами­ческих характеристик следующих первичных преобразователей (датчиков):

— датчики линейных перемещений, диапазон перемещений 10—2,5 м с погрешностью ±10 м;

— датчики угловых перемещений (гониометров), диапа­зон перемещений 10—1440 угловых градусов с погрешно­стью ±1 угловая минута;

— датчики скорости в диапазоне 0,1—50 м/с с погрешно­стью ±10 м/с;

— датчики ускорений (акселерометры, построенные на раз­личных принципах: потенциометрические, реостатные и др.) в диапазоне 10—50 м/с с погрешностью ±10 м/с;

— датчики временных интервалов (контактные, фотодатчи­ки и др.) в диапазоне 10~³—10 с с погрешностью ±10~⁴ с;

— устройства для измерения усилий, развиваемых спорт­сменом (тензоплатформы, тензодорожки, тензокольца и т.д.), в диапазоне 0,01 — 1000 кгс со следующими поддиапазонами:

— 0,01 — 1 кгс (с погрешностью ±0,001 кгс);

— 1,00-10 кгс (с погрешностью ±0,1 — 1 кгс);

— 10,0—1000 кгс (с погрешностью ±1 кгс).

Кроме того, метрологические поверочные стенды должны обес­печить возможность поверки следующей аппаратуры: различные регистраторы, усилительные устройства, цифровые измерители временнь'гх интервалов и цифровые вольтметры, омметры (ме­гомметры), применяемые для измерения электрокожного сопро­тивления спортсмена (ЭКС), а также устройства регистрации кри­тической частоты слияния световых (звуковых) сигналов (КЧССМ, КЧСЗМ) и генераторы синусоидальных и импульсных сигналов.

Согласно существующему в метрологии положению при мет­рологической аттестации и поверке технических средств изме­рения необходимо снимать их статические и динамические ха­рактеристики.

Во всех случаях метрологической аттестации и поверки тех­нических средств измерений в статическом режиме основной целью является установление с необходимой точностью функ­циональной связи между входным и выходным сигналами. При этом статическая характеристика прибора — у =/(х), задавае­мая аналитически или графически, показывает вид этой функ­циональной зависимости между входной величиной (х) и ве­личиной выходного сигнала (у).

Реальная статическая характеристика прибора у = f(x) мо­жет отличаться от паспортной. Причин этого отклонения (по­грешности) весьма много. К ним относятся: дрейф нуля; из­менение коэффициента преобразования измерительного прибора во времени и под влиянием внешних факторов (тем­пературы, влажности, давления); действие помех; неоднознач­ность функции при прямом и обратном ходе (гистерезис); не­линейность истинной кривой у =f(x) при линейной паспортной характеристике и др.

Динамические характеристики устанавливают связь между входной (х) и выходной (у) величинами измерительного при­бора в любом динамическом режиме. Обычно к динамическим характеристикам относятся:

— передаточная функция;

— частотные характеристики — амплитудная (АЧХ) и фазо­вая (ФЧХ);

— переходная функция;

— импульсная функция.

Для многих видов измерительных приборов динамические характеристики (АЧХ и ФЧХ) можно получить эксперимен­тальным путем. Причем во многих случаях это единственный надежный способ их получения.

Метод заключается в том, что входная величина измери­тельного прибора задается в виде импульсного сигнала с фик­сированной амплитудой и регулируемой частотой. У выход­ного сигнала (у) измеряются амплитуда и сдвиг по фазе относительно входного. По этим данным находятся АЧХ и ФЧХ, а также комплексный коэффициент передачи. Кроме входного синусоидального сигнала (возмущения) принято подавать на вход измерительного прибора импульсный сиг­нал различной формы.

На рис. 16 приведена структурная схема оборудования для съема (получения) статических характеристик приборов, сис­тем и устройств, применяемых в спортивных исследованиях.

Можно производить тарировку как отдельно каждого функ­ционального узла инструментальной методики (системы) дат­чика, усилителя, измерительно-регистрирующего узла, так и всего тракта в целом. Если есть возможность, то в целях умень­шения объема работ и погрешностей рекомендуется прово­дить тарировку всего измерительного тракта в целом.

В одну группу объектов поверки (тарировки) входят раз^ личные регистраторы (перьевые самописцы, электронные и светолучевые осциллографы)^ усилительные устройства, циф­ровые измерители временных интервалов, цифровые вольт­метры, омметры (мегомметры), применяемые для измерения сопротивления кожи спортсменов (ЭКС), а также устройства для определения критической частоты слияния световых мель­каний (КЧССМ). К другой группе отнесены динамометры, тензоплатформы и другие тензоустройства, первичные преоб­разователи перемещений, скорости, ускорений.

На первую группу объектов поверки подаются входные тари­ровочные сигналы от блока устройств создания электрических входных сигналов. К этим устройствам относятся специальные источники электрических сигналов с линейной характеристи­кой. Для создания омических сопротивлений применяются пре­цизионные мосты сопротивлений.

На вторую группу поверки подаются входные механичес­кие тарировочные сигналы от специальных нагрузочных уст­ройств, характеристика которых должна быть линейной. С по­мощью таких нагрузочных устройств на объект поверки плавно