Основы стандартизации, метрологии и сертификации (стр. 25 из 47)
Если эти теряемые 12% умножить на объемы ежегодно экспортируемого волокна и перевести все это в валюту, то получается достаточно большая сумма потерь.
По метрологическому назначению все СИ подразделяются на два вида — рабочие СИ и эталоны.
Рабочие СИ (РСИ) предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть: 1) лабораторными, используемыми при научных исследованиях, проектировании технических устройств, медицинских измерениях; 2) производственными, используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров; 3) полевыми, используемыми непосредственно при эксплуатации таких технических устройств, как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др. К каждому виду РСИ предъявляются специфические требования: к лабораторным — повышенная точность и чувствительность; к производственным — повышенная стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам, высоким и низким температурам; к полевым — повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур, высокой влажности.
Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств, передачи информации : о размере единицы. Размер единицы передается “сверху вниз”, от более точных СИ к менее точны” ;“по цепочке”: первичный эталон — вторичный эталон — рабочий эталон 0-го разряда — рабочий эталон 1-го разряда... — рабочее средство измерений.
Передача размера осуществляется в процессе поверки СИ. Целью поверки является установление пригодности СИ к применению.
Соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона к РСИ, устанавливается в' поверочных схемах СИ.
Госстандарт России располагает самой современной эталонной базой. Она входит в тройку самых со-. вершенных наряду с базами США и Японии. Эталонная база в дальнейшем будет развиваться в количественном и главным образом в качественном отношении. Перспективно создание многофункциональных эталонов, т.е. эталонов, воспроизводящих на единой конструктивной и метрологической основе не одну, а .несколько единиц физических величин или одну - единицу, но в широком диапазоне измерений. Так, .метрологические институты страны создают единый эталон времени, частоты и длины, который позволит, кстати, уменьшить погрешность воспроизведения единицы длины до 1 - 10 ч.
Если технический уровень первичных эталонов в России благодаря успехам науки и энтузиазму ученых можно оценить как вполне удовлетворительный, то состояние парка СИ, находящихся в практическом обращении, прежде всего рабочих эталонов и РСИ, внушает тревогу. Если в 80-х гг. срок обновления отечественной измерительной техники, как правило, составлял 5—6 лет (для сравнения в США и Японии — не более 3 лет), то наблюдаемый сейчас регресс в области отечественного приборостроения еще больше увеличил сроки обновления рабочих эталонов и РСИ, что ведет к значительному старению измерительной техники.
Другой проблемой отечественных производителей СИ является высокая стоимость их разработок в сравнении с зарубежными фирмами. Для преодоления традиционного отставания необходимо также в отечественных приборах предусматривать: высокую степень автоматизации на базе микропроцессорной технологии, быстродействие, высокую надежность, пониженные массу, габариты и энергопотребление, высокий уровень эстетики и эргономики.
Многообразие СИ обусловливает необходимость применения специальных мер по обеспечению единства измерений. Как указывалось выше, одно из условий соблюдения единства измерений — установление для СИ определенных (нормированных) метрологических характеристик.
2.4 Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений
Метрологические свойства СИ — это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками.
Метрологические характеристики, устанавливаемые НД, называют нормируемыми метрологическими характеристиками.
Все метрологические свойства СИ можно разделить на две группы:
1. свойства, определяющие область применения СИ;
2. свойства, определяющие качество измерения.
К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.
Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений.
Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.
К метрологическим свойствам второй группы относятся три главных свойства, определяющих качество измерений: точность, сходимость и воспроизводимость измерений.
Наиболее широко в метрологической практике используется первое свойство — точность измерений. Рассмотрим его наиболее подробно. Точность измерений СИ определяется их погрешностью.
Погрешность — это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением. Для рабочего СИ за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (допустим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, — значение физической величины, полученное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таким образом, за базу для сравнения принимают значение СИ, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному -СИ, подлежащему поверке.
(3)где DXn — погрешность поверяемого СИ; Xn —- значение той же самой величины, найденное с помощью поверяемого СИ; X0 — значение СИ, принятое за базу для сравнения — действительное значение.
Например, при измерении барометром атмосферного давления получено значение Xn = 1017 гПа. За действительное значение принято показание рабочего эталона, которое равнялось X0 = 1020 гПа. Следовательно, погрешность измерения барометром составила:
DXn = 1017 - 1020 = - 3 гПа.
Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:
· по способу выражения — абсолютные, относительные;
· по характеру проявления — систематические, случайные;
· по отношению к условиям применения основные, дополнительные.
Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с первой группировкой — с абсолютными и относительными погрешностями.
Точность измерений СИ — качество измерений, отражающее близость их результатов к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Точность определяется показателями абсолютной и "относительной погрешности.
Определяемая по формуле (3) DXn является абсолютной погрешностью. Однако в большей степени точность СИ характеризует относительная погрешность (5), т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным СИ:
(4)Точность может быть выражена обратной величиной относительной погрешности — 1/d . Если погрешность d = 0,1% или 0,001=10-3, то точность равна 103.
В стандартах нормируют характеристики точности, связанные с другими погрешностями.
Систематическая погрешность — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность градуировки, в частности погрешность показаний прибора с круговой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некоторую величину относительно центра шкалы. Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок.
При нормировании систематической составляющей погрешности СИ устанавливают пределы допускаемой систематической погрешности СИ — конкретного типа — D. Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений СИ.
Случайная погрешность — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают рассеяние результатов.
Характеристиками рассеяния являются средняя арифметическая погрешность, средняя квадратическая погрешность, размах результатов измерений. Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность.
Укажем в качестве примера на две нормируемые метрологические характеристики, отражающие точность СИ.
Доверительная погрешность — верхняя и нижняя границы интервала погрешности результата измерений при данной доверительной вероятности. Например, в поверочной схеме для гирь и весов (табл. 2) установлено для гирь 1—3-го разрядов значение доверительной абсолютной погрешности () при вероятности 0,95.