Прослеживаемость и ее подтверждение
Метрологическая сопоставимость результатов измерений однородных величин базируется на их метрологической прослеживаемости к одной и той же основе для сравнения. Метрологическая совместимость результатов измерений заменяет традиционное понятие нахождение в пределах допускаемой погрешности, т.к. она дает критерий для заключения, относятся ли два результата измерений к одной и той же измеряемой величине или нет. Если в серии измерений величины, которая предполагается постоянной, результат измерения несовместим с остальными, это означает, что или оценка точности измерения некорректна, или измеряемая величина изменилась за промежуток времени между измерениями.
Слово «прослеживаемость» происходит от слова «след». Например, необходимо проследить происхождение единицы величины.
Метрологическая прослеживаемость – свойство результата измерения, в соответствии с которым результат может быть соотнесен с основой для сравнения через документированную непрерывную цепь калибровок, каждая из которых вносит вклад в неопределенность измерений [22, 35].
В этом определении основой для сравнения может быть определение единицы величины через ее практическую реализацию, или методика измерений, или эталон.
Если при калибровке СИ в качестве основы для сравнения принят эталон, то сертификатом о калибровке документируются все сведения об этом эталоне, включая воспроизводимое значение величины, погрешность и сведения о сертификате и его калибровке, в котором содержится информация о переданной ему единице.
|
|
|
Если основой для сравнения является определение единицы величины, то говорят о метрологической прослеживаемости к единице.
Описание основы для сравнения должно включать время, в которое она была использована в данной калибровочной иерархии, вместе с любой другой существенной метрологической информацией, например, о том, когда была выполнена первая калибровка в калибровочной иерархии.
Для косвенных измерений каждое из значений входных величин должно быть само метрологически прослеживаемо, а калибровочная иерархия может иметь форму разветвленной структуры или сети.
Метрологическая прослеживаемость результата измерений не гарантирует соответствие показателя точности (неопределенности) заданной цели или отсутствие ошибок.
Сличение между двумя эталонами может рассматриваться как калибровка, если это сличение используется для поверки и, при необходимости, для корректировки значения величины, показателей точности (неопределенности) измерений, приписываемых одному из эталонов.
Для подтверждения метрологической прослеживаемости рассматриваются следующие элементы:
|
|
|
- непрерывная цепь метрологической прослеживаемости к международным или национальным эталонам;
- документированная неопределенность измерений;
- аккредитация на техническую компетентность;
- метрологическая прослеживаемость к системе SI;
- интервалы между калибровками.
Для установления метрологической прослеживаемости результатов измерений может быть использована цепь метрологической прослеживаемости
в виде поверочной схемы.
Цепь метрологической прослеживаемости – последовательность эталонов и калибровок (поверок), которые используются для соотнесения результата измерения с основой для сравнения.
Метрологическая прослеживаемость требует наличия установленной калибровочной иерархии и (или) поверочной схемы.
Воспроизведение единиц величин
Воспроизведение единицы (величины) – совокупность операций по материализации единицы величины с помощью первичного эталона. Рассматривают три процедуры воспроизведения единицы величины.
Первая состоит в физической реализации единицы измерения в соответствии с ее определением (воспроизведение в буквальном смысле).
Вторая процедура состоит в использовании высокостабильного эталона, основанного на физическом явлении. Например, в случае использования стабилизированных по частоте лазеров при воспроизведении метра, эффекта Джозефсона для вольта, квантового эффекта Холла для Ома.
|
|
|
Третья процедура состоит в принятии материальной меры в качестве эталона, например, эталон массы 1 кг.
Реализация определения физической величины может обеспечиваться средством измерений, материальной мерой или стандартным образцом.
Воспроизведение единиц физических величин может выполняться комплексом измерительных операций посредством стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов. Стандартные образцы свойств и состава горных пород, пересеченных скважиной, широко распространены в системе обеспечения единства геофизических измерений. Обычно такие стандартные образцы располагаются на втором сверху поле соответствующей поверочной схемы.
Эталоны единиц величин
Единство измерений в стране обеспечивается использованием первичных государственных эталонов. Они воспроизводят единицы физических величин с наименьшими для данной страны погрешностями. Государственные эталоны хранятся в метрологических институтах Агентства по техническому регулированию и метрологии Российской Федерации (Росстандарта). Институты обеспечивают передачу размеров единиц физических величин от первичного эталона другим эталонам и рабочим СИ.
|
|
|
Эталоном единицы величины называется средство измерительной техники, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины или шкалы измерений.
Эталон выполняется по особой спецификации и официально утверждается в качестве эталона. Эталон должен обладать тремя взаимосвязанными
свойствами:
1) неизменностью;
2) воспроизводимостью;
3) сличаемостью.
Неизменность предполагает, что эталоны по своему принципу действия и устройству не претерпевают изменений и способны удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени (стабильность).
Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы величины
с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.
Сличаемость – возможность обеспечения сличения с другими эталонами или другими СИ, нижестоящими по поверочной схеме.
Сличением называется совокупность операций, устанавливающих соотношение между единицами величин, воспроизводимых эталонами единиц величин одного уровня точности и в одинаковых условиях.
Естественный эталон – эталон, основанный на присущих и воспроизводимых свойствах материального объекта или явления.
Например, ячейка тройной точки воды как естественный эталон термодинамической температуры, эталон разности электрических потенциалов, основанный на эффекте Джозефсона, эталон электрического сопротивления, основанный на квантовом эффекте Холла.
Значение величины естественного эталона приписывается по соглашению и не требует установления связи с другими эталонами того же вида. Показатели точности определяются с учетом двух составляющих: первая связана с согласованным значением величины, вторая связана с конструкцией, исполнением и хранением эталона. Естественные эталоны, которые основаны на квантовых явлениях, обычно имеют наивысшую стабильность.
Иногда используемый при калибровке и поверке эталон называют калибратором.
Метрологические характеристики эталона аналогичны метрологическим характеристикам средств измерений (например, показатели точности и стабильности).
Совокупность операций, необходимых для обеспечения выполнения обязательных метрологических и технических требований к эталонам относя к понятию «содержание (хранение) эталона». Хранение эталона включает его регулярные исследования, в том числе сличения с национальными эталонами других стран, калибровку или поверку с целью подтверждения выполнения обязательных требований к метрологическим характеристикам и совершенствования методов передачи единицы или шкалы измерений. Для руководства работами по содержанию эталонов назначают ученых хранителей государственных эталонов, выбираемых из числа ведущих в данной области специалистов-метрологов.
В России в области механики созданы и используются 38 эталонов, в том числе первичные эталоны метра, килограмма и секунды, точность которых имеет чрезвычайно большое значение, поскольку эти единицы участвуют в образовании производных единиц большинства научных направлений.
Классификация эталонов
Эталоны делятся на первичные и вторичные.
Первичный эталон – эталон, основанный на использовании первичной референтной методики измерений или созданный как артефакт, выбранный по соглашению. Первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы или шкалы измерений с наивысшей точностью. Метрологические свойства первичных эталонов единиц величин устанавливают независимо от других эталонов единиц этих же величин. Для первичного эталона, воспроизводящего единицу в специфических условиях (высокие и сверхвысокие частоты, малые и большие энергии, давления, температуры, особые состояния вещества и т.п.) используют термин первичный специальный эталон.
Вторичный эталон – эталон, получающий единицу величины или шкалу измерений непосредственно от первичного эталона данной единицы или шкалы.
Эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в стране или группе стран, в регионе, министерстве (ведомстве), организации, предприятии или лаборатории), передающий единицу величины или шкалу измерений подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений называют исходным эталоном.
Эталоны, стоящие в поверочной схеме (калибровочной иерархии) ниже исходного эталона, называют подчиненными эталонами.
Различают государственные (первичные и специальные) и рабочие эталоны.
Государственный первичный эталон – эталон единицы величины, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с наивысшей точностью, утверждаемый и применяемый в качестве исходного эталона на территории Российской Федерации. Первичные эталоны – это уникальные СИ, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники. Они составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений. Государственный эталон находитсяся в федеральной собственности.
Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях. Требуется измерять не только неизменные во времени величины, но и изменяющиеся (в частности, периодические или импульсные сигналы в широкой полосе частот). Условия измерений (давление в среде, ее температура и т.п.) могут сильно отличаться от обычных. Вещество может существовать в различных фазах (твердой, жидкой и газообразной). В указанных условиях прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима. Специальный эталон служит для этих условий первичным эталоном.
Государственный первичный или специальный эталоны официально утверждаются Правительством Российской Федерации в качестве исходного для страны. Государственные эталоны всегда представляют собой комплексы средств измерений и вспомогательных устройств, обеспечивающих воспроизведение единицы и в необходимых случаях ее хранение, а также передачу размера единицы эталонам. Состав эталона устанавливается при его разработке, а его показатели точности должны соответствовать уровню лучших мировых достижений и удовлетворять потребностям науки и техники. Первичные государственные эталоны подлежат периодическим сличениям с государственными эталонами других стран.
Погрешности государственных первичных и специальных эталонов характеризуются систематической погрешностью, случайной погрешностью и нестабильностью. Систематическая погрешность описывается интервалом, в котором она находится с заданной вероятностью. Случайная погрешность выражается средним квадратическим отклонением (СКО) воспроизводимого размера единицы величины с указанием числа независимых измерений. Нестабильность эталона задается изменением размера единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, за определенный промежуток времени.
Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи единицы величины или шкалы измерений средствам измерений. Рабочиеэталоны создают и утверждают в случае необходимости организации поверочных работ и предохранения первичного государственного эталона от излишнего износа при передаче размера единицы другим эталонам и рабочим СИ. Это самые распространенные эталоны. С целью повышения точности измерений величин рабочие эталоны применяются во многих территориальных метрологических органах и лабораториях министерств и ведомств.
В зависимости от точности их подразделяют на разряды. Разряды нумеруются, начиная с самого точного эталона, – 1-й, 2-й и т.д. Каждый разряд соответствует одной из ступеней поверочной схемы, которая регламентирует порядок передачи единицы величины. В этом случае передачу единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом
от последнего рабочего эталона в этой цепочке единицу передают средству
измерений.
Национальный эталон – эталон, признанный национальными органами власти для использования в государстве или экономике в качестве исходного для страны.
Международный эталон – эталон, который признан всеми государствами, подписавшими международное соглашение, и предназначен для всего мира.
Эталон сравнения – эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 2777; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!