Поможем написать любую работу на аналогичную тему
Общие положения. Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых должны быть проградуированы все существующие средства измерений одной и той же физической величины.
Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерения с помощью эталонов.
Эталон - средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и хранения единицы физической величины (кратных либо дольных значений единицы этой величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной физической величины.
Классификация, назначение и общие требования к созданию, хранению и применению эталонов устанавливает ГОСТ 8.057-80 ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения.
Эталон должен обладать взаимосвязанными свойствами: воспроизводимостью, неизменностью и сличаемостью.
Воспроизводимость - возможность воспроизведения единицы физической величины (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Это достигается постоянным исследованием эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.
Неизменность - свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени, при этом все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идее создания естественных эталонов различных величин, основанных на физических постоянных.
Сличаемость - возможность обеспечения сличения нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерения. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в результаты сличений и сами не претерпевают изменений при проведении сличения.
По своему метрологическому назначению эталоны делятся на первичные, специальные и вторичные.
Первичный эталон обеспечивает воспроизведение и хранение единицы физической величины с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью. Первичные эталоны - это уникальные средства измерений, которые представляют собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники. Первичные эталоны составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений.
Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы физической величины в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима и для этих условий заменяет первичный эталон.
Первичный или специальный эталон, официально утвержденные в качестве исходного для страны, называются государственным эталоном. Его утверждение проводит главный метрологический орган страны - Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными метрологическими научными институтами страны. В состав государственных эталонов включаются средства измерения, с помощью которых хранят и воспроизводят размер единицы физической величины с точностью, которая должна соответствовать уровню лучших мировых достижений и удовлетворять потребностям науки и техники, а также средства измерения с помощью которых контролируют условия измерений и неизменность воспроизводимого или хранимого размера единицы и осуществляют передачу размера единицы. Государственные эталоны России периодически сличаются с государственными эталонами других стран. Например, эталон метра и килограмма сличают один раз в 25 лет, эталон света - один раз в три года.
Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона.
Вторичные эталоны по своему метрологическому назначению подразделяются на эталоны-копии, эталоны сравнения и эталоны-свидетели.
Эталон-копия - предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению, поэтому он всегда является его физической копией.
Эталон сравнения - применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.
Эталон-свидетель - предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты.
Рабочий эталон - применяется для передачи размера единицы от эталона-копии образцовым средствам измерения и в отдельных случаях - наиболее точным рабочим средствам измерений.
Эталонная база России имеет около 120 государственных эталонов и более 250 вторичных эталонов единиц физических величин, размещенных в ведущих метрологических научно-исследовательских институтах страны .
В области механики в стране созданы и используются 38 государственных эталонов, в том числе первичные эталоны метра, килограмма и секунды, точность которых имеет чрезвычайно большое значение, поскольку эти единицы участвуют в образовании производных единиц всех научных направлений.
Способы выражения погрешностей эталонов устанавливает ГОСТ 8.381-80 ГСИ. Эталоны. Способы выражения погрешностей.
Эталоны единиц системы СИ. Эталон единицы длины. Метр был в числе первых единиц, для которых были введены эталоны.
В настоящие время единица длины - метр - это расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299792458 долей секунды.
Это определение метра было принято на XVII Генеральной конференции мер и весов в декабре 1985 г. после утверждения единых эталонов времени, частоты и длины.
Эталон единицы времени. Единица времени - секунда - это интервал времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими Уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями.
Краткая история развития эталона единицы длины - метра. С общественно-экономическим развитием человеческого общества возникала потребность в измерениях, в установлении единиц измерений и использовании средств измерений различных физических величин и в первую очередь длины.
Так, измерение земельного участка, выделяемого отдельному человеку из земельного владения луговой общины производилось ступнями ног, вплотную поставленными одна впереди другой, или шагами. Отсюда произошло название единицы длины - фут (от англ. foot - нога, ступня). Таким же образом появилась единица длины - дюйм (от голл. duim - большой палец). В качестве более мелких единиц длины издревле применяли ширину зерна (особенно ячменного), толщину волоса верблюда или мула.
Приведенные единицы измерений являлись одновременно и мерами, т. е. разновидностью измерительных средств. Размеры измеряемых величин определялись сравнением с этими мерами.
Из древнерусских мер (XI -XII вв.), происхождение которых связывают с древнеегипетскими мерами длины, основными являлись верста, сажень, локоть, пядь.
Верста (приблизительно 1 140 м) использовалась для оценки относительно больших расстояний.
Сажень (около 152 см) получила широкое применение преимущественно при измерении небольших расстояний, в строительстве различных сооружений. Существовали мерные веревки, длина которых была кратна сажени.
Локоть (приблизительно 51 см) - расстояние по прямой от локтевого сгиба до конца вытянутого среднего пальца руки. Впервые локоть как мера длины упоминается во времена одного из правителей Киевской Руси Ярослава Мудрого. Локоть широко применяли в розничной торговле холстом, полотном, иноземным сукном.
Пядь (18... 19 см) означало кисть руки на древнерусском языке. Это максимальное расстояние по прямой между концами вытянутых большого и указательного пальцев кисти руки. Пядь часто употребляли в обиходе для приближенного определения небольших длин, особенно размеров цилиндрических тел.
В древней Руси применялись также сугубо приближенные бытовые меры, неточные и невоспроизводящиеся материально, например перестрел (расстояние, которое пролетела выпущенная из лука стрела, около 60...70 м), день (проходимое за день расстояние).
По мере объединения и развития Государства Российского древнерусская система мер длины (1 верста = 750 саженям = 2 250 локтям = 4 500 пядям) претерпевает изменения.
Появляется заимствованный с Востока аршин (72 см), с течением времени вытеснивший локоть, и вершок (4,5 см), его доли.
Для измерений расстояний между населенными пунктами стали использовать версту в 1 000 сажен, позднее - версту в 500 сажен. В дальнейшем эта мера стала единственной русской верстой.
Использование единиц измерений, основанных на размерах человеческого тела, единиц измерений, не имеющих вещественного тела, и единиц измерений, не имеющих вещественного воплощения для непосредственного измерения (например, верста), не обеспечивало единство измерений и их достоверность.
Отдельные единицы измерений имели не только отдельные страны, но и внутри стран не было единообразия. Так, при Петре I с целью создания русского флота сложившаяся система единиц (мер) длины увеличилась введением английских мер - фута (304,8 мм), дюйма (25,4 мм), линии (2,54 мм). Это было необходимо для заказа морских судов за фаницей, составления потребных спецификаций и контроля размеров. Кроме того, помимо английского эталона и рабочим средствам измерений высшей точности - образцового средства измерений 1-го разряда.
В настоящее время с целью упорядочения терминологии и приближения ее к международной в технической литературе термин образцовое средство измерений заменяют термином рабочий эталон.
Одним из самых распространенных образцовых средств измерений являются меры.
Мера - это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью, например-гиря 1 кг, плоскопараллельная концевая мера 50 мм, конденсатор постоянной емкости, штриховая мера длины.
С наиболее высокой точностью, посредством мер воспроизводятся основные физические величины: длина, масса, частота, напряжение.
Для линейных и угловых величин широко используются меры длины и угловые меры.
Меры длины по конструкционным признакам разделяют на концевые и штриховые.
Концевые меры длины. Концевые меры длины имеют форму цилиндрического стержня или прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями, расстояние между которыми воспроизводит определенное значение длины. Они предназначены для передачи размера от эталона до изделия.
С их помощью хранят и воспроизводят размер единицы длины, поверяют и градуируют меры и измерительные приборы, такие, как оптиметры, микрометры, штангенциркули и т.п., поверяют калибры.
Штриховые меры длины. Штриховые меры длины - меры, у которых размер, выраженный в определенных единицах, а также размер их частей, определяется расстоянием между осями двух соответствующих штрихов (брусковые штриховые меры, измерительные линейки, рулетки).
Штриховые меры длины используются в качестве вторичных и рабочих эталонов, образцовых мер длины при поверке рабочих мер длины, в виде шкал измерительных устройств и станков, а также в инструментах для непосредственного измерения линейных размеров и расстояний.
Основные типы, параметры, размеры штриховых мер и технические требования к ним регламентированы ГОСТ 12069-78 Меры длины штриховые.
Штриховые меры изготавливают однозначными и многозначными.
Однозначные штриховые меры длины имеют два штриха, нанесенных по концам меры, расстояние между которыми воспроизводит длину шкалы меры (например, вторичные эталоны длины).
Многозначные штриховые меры имеют шкалу штрихов, нанесенных через определенные интервалы по всей длине меры или на отдельных ее участках. Шкалы таких многозначных штриховых мер изготовляют с дециметровыми, сантиметровыми или миллиметровыми делениями (например, линейки, рулетки, шкалы измерительных средств).
В зависимости от точности изготовления действительной длины шкалы штриховых мер для различных интервалов шкал от 100 до 4 000 мм установлено шесть классов точности в порядке понижения точности: 0; 1; 2; 3; 4; 5.
Для метрологических целей применяют образцовые штриховые меры, которые аттестуют на разряды: образцовые штриховые меры длиной 1 м 1-го и 2-го разрядов, образцовые измерительные рулетки 1-го и 2-го разрядов, образцовые шкалы 1-го и 2-го разрядов.
Образцовая штриховая мера длиной 1 м 1-го разряда - жесткая металлическая линейка 4, имеющая скошенные (один или оба) края под углом 45° или 35°. На наклонных поверхностях нанесены шкалы - основная с ценой деления 0,2 мм и вспомогательная с ценой деления 1 мм. Мера снабжена направляющим ребром 3, по которому могут перемещаться две лупы 1 с семикратным увеличением, и термометром 2, для внесения соответствующей температурной поправки при разных материалах поверяемой и образцовой меры.
Допускаемая погрешность шкалы однометровой образцовой штриховой меры 1-го разряда составляет ±0,05 мм, а погрешность аттестации ±0,01 мм.
По образцовым штриховым мерам 1-го разряда поверяют штриховые меры 2-го разряда и высокоточные рабочие средства измерений, по штриховым мерам 2-го разряда поверяют рабочие средства измерений (рулетки, линейки, шкалы измерительных приборов).
Угловые меры. Призматические угловые меры предназначены для хранения и передачи единицы плоского угла: поверки и градуировки угломерных средств измерения, угловых шаблонов, а также для непосредственного контроля углов изделий.
Меры применяют в качестве образцовых средств для передачи размера угла рабочим мерам, угломерным приборам и устройствам и для поверочных работ.
Образцовые многогранные призмы 1-го разряда, класса точности 00 используют для передачи углового размера образцовым мерам 2-го разряда.
Образцовые угловые меры 2-го разряда, класса точности 0 используют для передачи углового размера образцовым мерам 3-го разряда.
Образцовые угловые меры 3-го разряда, класса точности 1 используют для передачи углового размера образцовым мерам 4-го разряда.
Передача размера единицы угла от эталона рабочим средствам измерения осуществляется по поверочной схеме (ГОСТ 8.016-81).
Поверочные схемы и методы поверки средств измерения. Обеспечение правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем.
Поверочная схема - нормативный документ, утвержденный в установленном порядке, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности. Поверочные схемы делятся на государственные, ведомственные и локальные.
Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной физической величины, имеющейся в стране. Она разрабатывается в виде государственного стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснение к чертежу.
Ведомственная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие ведомственной поверке.
Локальная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие поверке в отдельном органе метрологической службы.
Ведомственные и локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам для средств измерений одних и тех же физических величин. Они могут быть составлены при отсутствии государственной поверочной схемы И должны состоять из не менее двух ступеней передачи размера. Ведомственная и локальная поверочные схемы оформляются в виде чертежа.
Чертеж любой поверочной схемы должен содержать:
- наименование средств измерений и методов поверки;
- номинальные значения физических величин или их диапазоны;
- допускаемые значения погрешностей средств измерения;
- допускаемые значения погрешностей методов поверки. Основные положения о поверочных схемах, правила расчета параметров поверочных схем и оформление чертежей поверочных схем приведены в ГОСТ 8.061-80 ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение и в инструкции МИ 83-76 Методика определения параметров поверочных схем.
Методы поверки средств измерений. Поверка - это операция, заключающаяся в установлении пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям. Основной метрологической характеристикой, определяемой при поверке средства измерений, является его погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого средства измерений с более точным - рабочим эталоном или образцовым средством измерений. Различают поверки: государственную и ведомственную, периодическую и независимую, внеочередную и инспекционную, комплексную и др.
Основные требования к организации и порядку проведения поверки приведены в правилах по метрологии ПР 50.2.006-94 ТСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения.
Поверка выполняется метрологическими службами, которым Дано на это право. Средство измерений, признанное годным к применению, оформляется выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, устанавливаемыми нормативно-техническими документами.
Меры могут быть проверены путем:
- сличения с более точной мерой посредством компарирующего прибора. Сличение мер с помощью компаратора осуществляйся методами противопоставления или замещения. Общим для э. методов поверки средств измерения является выработка сигнала наличии разности размеров сравниваемых величин. Если под ром образцовой меры этот сигнал будет сведен к нулю, то peaлизуется нулевой метод измерения;
- измерения воспроизводимой мерой величины измерительными приборами соответствующего класса точности. В этом случае поверка называется градуировкой. Градуировка - нанесение отметок на шкалу, соответствующих показаниям образцового средства измерений или же определение по его показаниям уточненных значений величины, соответствующих нанесенным отметкам на шкале рабочего средства измерений;
- калибровки, когда с более точной мерой сличается лишь одна мера набора или одна из отметок шкалы многозначной меры, а действительные размеры других мер определяются их взаимным сравнением в различных сочетаниях на приборах сравнения и при дальнейшей обработке результатов измерений.
Поверка измерительных приборов проводится методами:
- непосредственного сравнения измеряемых величин и величин, воспроизводимых образцовыми мерами соответствующего разряда;
- непосредственного сличения показаний поверяемого и образцового средства измерений при измерении одной и той же величины.
Существуют и другие методы поверки, которые используются метрологическими службами гораздо реже.