Файл: Учебник рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений.pdf

3. Точность методов и результатов измерений
Стандартное
отклонение повторяемости
(сходимости) — это стандартное (среднеквадратическое) отклонение результатов измерений (или испытаний), полученных в условиях повто- ряемости (сходимости). Эта норма является мерой рассеяния результа- тов измерений в условиях повторяемости.
В Стандарте 5725 для крайних условий измерений введены показа- тели свойств повторяемости и воспроизводимости пределов.
Предел повторяемости (сходимости) — значение, которое с дове- рительной вероятностью 95% не превышается абсолютной величиной разности между результатами двух измерений (или испытаний), полу- ченными в условиях повторяемости (сходимости).
Воспроизводимость — прецизионность в условиях воспроизводи- мости.
Условия воспроизводимости — это условия, при которых результа- ты измерений (или испытаний) получают одним и тем же методом, на идентичных объектах испытаний, в разных лабораториях, разными опе- раторами, с использованием различного оборудования.
Стандартные (среднеквадратические) отклонения воспроизводи-
мости — стандартные (среднеквадратические) отклонения результатов измерений (испытаний), полученных в условиях воспроизводимости.
Эта норма является мерой рассеяния результатов измерений (или испы- таний) в условиях воспроизводимости.
Предел воспроизводимости — значение, которое с доверительной вероятностью 95% не превышается абсолютной величиной разности между результатами измерений (или испытаний), полученными в усло- виях воспроизводимости.
Для практики измерений важен термин «выброс». Выброс — эле- мент совокупности значений, который несовместим с остальными эле- ментами данной совокупности.
В Стандарте 5725 установлены правила представления в стандартах на методы испытаний стандартных отклонений повторяемости и вос- производимости, пределов повторяемости и воспроизводимости, систе- матической погрешности метода. Значение систематической погрешно- сти всегда представляется вместе описанием принятого опорного значения, относительно которого оно определялось. Значения стандарт- ных отклонений повторяемости и воспроизводимости представляются с указанием условий эксперимента, в результате которого они были получены (число участвующих лабораторий, контролируемые значения измеряемой величины в диапазоне измерения метода, наличие выбро- сов в данных отдельных лабораторий).
В соответствии с утвержденным Порядком введения в действие описы- ваемого ГОСТ Р его положения вводятся в действие при разработке новых

182 Глава 3. Метрология и (или) пересмотре действующих методик выполнения измерений (МВИ).
Требования стандарта 5725 и Порядка его введения в действие начи- нают включать ряд проектов ГОСТ Р на методы испытаний. Укажем для примера на проекты ГОСТ Р: «Драгоценные металлы и их сплавы. Об- щие требования к методам анализа»; «Платина. Метод ного анализа с индуктивной связанной плазмой». Последний стандарт распространяется на метод определения в платине содержания примесей
(алюминия, висмута,
золота, иридия и пр.). В нем даны нормы по показателям точности метода (с вероятностью Р = 0,95): по пределу аб- солютной погрешности стандартному отклонению повторяемости пределу повторяемости пределу воспроизводимости
Создание системы контроля точности результатов измерений в соот- ветствии со Стандартом 5725 и международными стандартами позво- лит нашей стране избежать убытков во внешней торговле. Как отмечал один из бывших руководителей Госстандарта России
«Мы сегод- ня проигрываем в поставках природного газа, причем на системах из- мерения качества и количества газа ежегодно теряем более 1 млрд дол.;
очень важно применение и развитие международных стандартов у нас в стране, потому что весь мир измеряет качество и количество природ- ного газа на стандартах ИСО, а мы предлагаем свои».
4. СИСТЕМА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЕДИНИЦ ВЕЛИЧИН
Система воспроизведения единиц величин и передачи информации об их размерах всем без исключения СИ в стране составляет техниче- скую базу обеспечения единства измерений.
Воспроизведение единиц величин. В соответствии с основным урав- нением измерения (см. подразд. 2.1 данной главы) измерительная про- цедура сводится к сравнению неизвестного размера с известным, в качестве которого выступает размер соответствующей единицы Между- народной системы. Воспроизведение единицы представляет собой совокупность операций по материализации единицы величины с наи- высшей в стране точностью с помощью государственного эталона или исходного рабочего эталона. Различают воспроизведение основных и производных единиц. Размеры единиц могут воспроизводиться там же,
где выполняются измерения (децентрализованный способ), либо инфор- мация о них должна передаваться с централизованного места их хране- ния или воспроизведения (централизованный способ). Децентрализован- но воспроизводятся единицы многих производных физических величин.
Основные единицы сейчас воспроизводятся только централизованно.

4. Система воспроизведения единиц величин
Централизованное воспроизведение единиц осуществляется с помо- щью специальных технических средств, называемых эталонами. Эталон,
обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется
первичным эталоном. Первичные эталоны — это уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники на данный период. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий, называется специальным
эталоном. Официально утвержденные в качестве исходного для страны первичный или специальный эталоны называются государственными.
Эталон, получающий размер единицы путем сличения с первичным эталоном рассматриваемой единицы, называется вторичным эталоном.
Эталон должен отвечать трем основным требованиям: неизменность
(способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им еди- ницы в течение длительного интервала времени); воспроизводимость
(воспроизведение единицы с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники); сличаемость (способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при про- ведении сличений).
Государственные эталоны представляют собой национальное досто- яние и поэтому должны храниться в метрологических институтах стра- ны в специальных эталонных помещениях, где поддерживается строгий режим по влажности, температуре, вибрациям и другим параметрам. Для обеспечения единства измерений величин в международном масштабе большое значение имеют международные сличения национальных госу- дарственных эталонов. Эти сличения помогают выявить систематические погрешности воспроизведения единицы национальными эталонами, уста- новить, насколько национальные эталоны соответствуют международно- му уровню, и наметить пути совершенствования национальных (государ- ственных) эталонов.
В 2003 г. эталонная база России была представлена 122 государ- ственными эталонами, 250 вторичными эталонами, 80 установками выс- шей точности и государственными стандартными образцами в количе- стве более 8000.
В эталонной базе России, являющейся ее национальным богатством,
концентрируется научно-технический потенциал страны. Уровень эта- лонной базы в конечном счете определяет уровень всех технических из- мерений, так как именно государственные эталоны и комплексы уста- новок высшей точности создают объективную основу для получения достоверной и точной информации о количестве и качестве используе-

Глава 3. Метрология мых в народном хозяйстве продукции, сырья, материалов, энергоресур- сов и
Экономическая эффективность от внедрения и функционирования эталонной базы составляет руб. эффекта на 1 руб. затрат.
К числу эффективных направлений развития эталонной базы относит- ся сокращение числа ступеней систем передачи размера единиц величин.
Передача размера единицы величины представляет собой приведе- ние размера единицы, хранимой поверяемым СИ, к размеру единицы,
воспроизводимой или хранимой
Передача размера осуществ- ляется при сличении этих единиц. При передаче информации о разме- ре единиц обширному парку СИ приходится прибегать к многоступен- чатой процедуре.
По размеру единицы, воспроизводимому государственным этало- ном, устанавливаются значения величин, воспроизводимые вторичны- ми эталонами.
Среди вторичных эталонов различают: эталоны-сравнения, приме- няемые для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут непосредственно сличаться с другом; эталоны-свидетели*,
предназначенные для поверки сохранности и неизменности государ- ственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты; этало-
ны-копии, используемые для передачи информации о размере единицы рабочим эталонам.
Самыми распространенными по численности парка вторичными эталонами являются рабочие эталоны различных разрядов — 1,2, 3-го
(иногда 4-го). От рабочих эталонов низшего разряда размер передается рабочим средствам измерения (РСИ). Число РСИ по каждому из видов измерений достигает сотен тысяч и даже миллионов экземпляров (на- пример, термометры, манометры).
РСИ обладает различной точностью измерений: наиболее точные
РСИ при поверке (калибровке) получают размер от вторичных эталонов или рабочих эталонов 1-го разряда; наименее точные — от эталонов низшего разряда (3-го или
В качестве методов передачи информации о размере единиц использу- ют методы непосредственного сличения (т.е. сличения меры с мерой или показаний двух приборов), а также сличение с помощью компаратора.
Непосредственное сличение применяют, как правило, для менее точ- ных мер. Непосредственно сличать можно только штриховые меры дли-
* В настоящее время из эталонов основных единиц только эталон килограмма име- ет эталон-свидетель. Его основное назначение — подтверждение постоянства основно- го эталона.

4. Система воспроизведения единиц величин ны (линейки, брусковые метры, рулетки), меры вместимости (измери- тельные цилиндры, бюретки, пипетки, мерные колбы и
Для более точной поверки используют приборы-сравнения компарирующие ус- тройства. Наиболее часто применяют следующие компараторы: образцо- вые весы различных разрядов (при поверке гирь), мосты постоянного и переменного тока (при сличении мер сопротивления и ЭДС нормальных элементов).
На каждой ступени передачи информации о размере единицы точ- ность теряется в три — пять раз (иногда — в раз). Значит, при многоступенчатой передаче эталонная точность не доходит до потреби- теля. Поэтому для высокоточных СИ число ступеней может быть сокра- щено вплоть до передачи им информации непосредственно от рабочих эталонов 1 -го разряда.
Определенные проблемы при передаче размера единицы величины начинаются при передаче размера единицы величины от первичных эта- лонов и ниже. Центральной проблемой является обеспечение просле-
[28]. Под прослеживаемостью понимается возможность проследить всю цепочку передачи величины от государственного пер- вичного эталона (или национального эталона другой страны) до рабо- чего средства измерений. Положение о прослеживаемости является международно признанным требованием. Вот почему в новую редакцию
Закона об обеспечении единства измерений вводится раздел «Система обеспечения прослеживаемости передачи размера единиц от государ- ственных эталонов к рабочим средствам измерений», что позволит, с од- ной стороны, поднять значимость первичных эталонов, с другой, наве- сти четкий порядок в части развития рабочих эталонов, разработать обоснованную и эффективную программу развития эталонной базы РФ.
Методы обеспечения прослеживаемости к настоящему времени не отработаны, и каждый пользователь СИ вынужден решать эту задачу самостоятельно [28]. Чтобы обеспечить централизованное решение вопросов прослеживаемости, необходимо, во-первых, зафиксировать сами эталоны, во-вторых, выяснить, от какого вышестоящего эталона осуществлена передача размера величины к данному эталону, т.е. заре- гистрировать событие поверки. Для реализации этих требований пред- лагается следующее:
— все эталоны единиц величин должны регистрироваться в поряд- ке, установленном Правительством РФ;
— эталоны должны поверяться исключительно органами и органи- зациями федеральной службы, в ведении которой находятся вопросы метрологии;
— документальное удостоверение их пригодности должно регист- рироваться в порядке, установленном Правительством РФ;
— на метрологические институты возлагается ответственность за обеспечение прослеживаемости передачи размеров единиц величин.

186
Глава 3. Метрология
Поверочные схемы СИ представляют собой документ, который уста- навливает соподчинение СИ, участвующих в передаче размера едини- цы от эталона к рабочим СИ, с указанием методов и погрешности при передаче. Различают государственные и локальные поверочные схемы.
Государственные схемы регламентируют передачу информации о разме- ре единицы всему парку СИ в стране. Во главе этой схемы находится го- сударственный эталон.
Государственные поверочные схемы закладываются в основу госу- дарственных стандартов. Локальные поверочные схемы распространя- ются на СИ, подлежащие поверке, организуемой МС министерства (ве- домства) или МС юридического лица.
Систему передачи образно
[25] в виде пирамиды (рис. ] 0):
в основании находится совокупность РСИ; вершину занимает государ- ственный эталон; на промежуточных плоскостях эталоны раз- личных разрядов. От основания к вершине уменьшается погрешность СИ,
растет их стоимость, снижается «тираж» изготовления.
Государственный эталон величины
Эталоны 1-го разряда
Эталоны 2-го разряда
Эталоны
3-го разряда
Рабочие средства измерений
10. Схематическое изображение системы передачи размера единицы величины

Система воспроизведения единиц величин