установить вес каждой составляющей погрешности в об­ щем результате и исключить те, которые по своему разме­ ру существенно не влияют на его значение. Частичная по­ теря измерительной информации в этом случае сокращает время на ее обработку.

Глава в т о р а я

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. МЕТРОЛОГИЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ НАДЗОР ЗА СРЕДСТВАМИ ИЗМЕРЕНИЙ

Достоверность измерительной информации имеет важнейшее зна­ чение во всех отраслях народного хозяйства. Чем выше технический уровень производства, шире экономические связи между его различны­ ми видами как внутри страны, так и в международном масштабе, тем большую роль играет качество производимой продукции.

Качество готового изделия определяется качеством использованных в нем материалов и компонентов, степенью соблюдения технологичес­ ких режимов изготовления деталей и узлов, качеством сборки.

На всех этапах неотъемлемой частью системы управления качест­ вом продукции выступает метрологическое обеспечение.

Под метрологическим обеспечением понимается наличие эталонов, мер, аттестованных образцовых средств измерений и узаконенных мето­

все увеличивающееся разнообразие измеряемых величин и другие тен­ денции развития современной измерительной техники определяют не­ обходимость общегосударственного, научного и системного подхода к организации метрологической службы.

В СССР создана сеть государственных и ведомственных органов, деятельность которых направлена на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений (рис. 2.1).

Под единством измерений понимают такое состояние измерений, при которых их результаты выражены в узаконенных единицах и по­ грешности измерений известны с заданной вероятностью.

Госстандарт СССР

Рис. 2,1. Структура метрологической службы СССР

Единство измерений позволяет обеспечить сопоставимость резуль­ татов измерений, выполненных в разных местах, в разное время, при помощи различных средств измерений. Единство измерений обеспечива­ ется единообразием средств измерений и правильной методикой выпол­ нения измерений.

Единообразие средств измерений — это такое их состояние, когда они проградуированы в принятых единицах, а их метрологические ха­ рактеристики соответствуют нормам.

Деятельность органов метрологической службы, направленная на обеспечение единообразия средств измерений, называется надзором за средствами измерений.

Вопросами разработки методов и средств обеспечения единства из­ мерений, а также требуемой их точности занимается наука об измере­ ниях, которая называется метрологией.

Метрологическую службу СССР возглавляет Государственный ко­ митет СССР по стандартам (Госстандарт СССР). Госстандарт СССР

является общесоюзным органом государственного управления, осуществ­ ляющим руководство измерительным делом. В области метрологии его главная задача — обеспечение единства измерений в стране. Эта задача распадается на ряд направлений: стандартизация единиц физических ве­ личин, применяемых в СССР; создание и совершенствование государст­ венной системы эталонов физических величин; передача размеров еди­ ниц физических величин всем средствам измерений, применяемым в стране; государственный надзор за состоянием и правильностью приме­ нения средств измерений на предприятиях и в организациях народного хозяйства страны; государственные испытания средств измерений; стан­ дартизация методов измерений и др.

Для решения этих задач Госстандарт наделен рядом государствен­ ных полномочий. Органы государственной метрологической службы име­ ют право изымать из обращения средства измерений, непригодные к при­ менению, запрещать выпуск и обращение средств измерений, типы кото­ рых не утверждены Госстандартом СССР или характеристики которых, не соответствуют требованиям стандартов, и т. д. Ведущая роль в вы­ полнении перечисленных задач принадлежит метрологическим инсти­ тутам.

Государственную метрологическую службу на территории союзных республик осуществляют республиканские и межобластные центры мет­ рологии и стандартизации. Эти учреждения решают специфические для республик метрологические задачи, обеспечивают поверку исходных об­ разцовых средств измерений, осуществляют непосредственный надзор за состоянием рабочих и образцовых средств измерений.

Государственной метрологической службой создан и постоянно со­ вершенствуется комплекс нормативно-технических документов государ­ ственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) и осуществ­

ляется контроль за повсеместным выполнением требований этих доку­ ментов.

Ведомственная метрологическая служба объединяет метрологические органы отдельного министерства или ведомства (см. рис. 2.1).

Основным звеном ведомственной метрологической службы являют­ ся метрологические службы, создаваемые на предприятиях и в органи­ зациях. Метрологическая служба предприятия создается приказом ди­ ректора как самостоятельное структурное подразделение, возглавляе­ мое главным метрологом предприятия. Служба подчинена главному инженеру промышленного предприятия или заместителю директора ор­ ганизации по научной работе. Основные задачи, обязанности и права метрологической службы предприятия определены «Типовым положени­ ем о метрологической службе промышленного предприятия», утвержден­ ным Госстандартом СССР.

2.2. ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИИ

Метрологический надзор за средствами измерений предусматривает целый комплекс мероприятий, среди которых центральное место занима­ ют государственные испытания, поверка и метрологическая аттестация средств измерений, применяемых в народном хозяйстве.

Все средства измерений, предназначенные для серийного выпуска или ввоза из-за границы, в обязательном порядке подлежат государст­ венным испытаниям. При государственных испытаниях проводится экс­ пертиза технической документации и экспериментальное исследование средств измерений на соответствие установленным нормам, требованиям государственных стандартов, потребностям народного хозяйства, а так­ же целесообразность производства.

ГОСТ 8.002-71 «Организация и порядок проведения поверки, реви­ зии и экспертизы средств измерений» к формам метрологического над­ зора относит поверку средств измерений, метрологическую ревизию и метрологическую экспертизу.

Различают четыре вида поверок средств измерений: первичную, пе­ риодическую, внеочередную и инспекционную.

Первичная поверка должна проводиться при выпуске средств изме­ рений в обращение из производства или ремонта.

Периодическая поверка должна проводиться при эксплуатации и хранении средств измерений через определенные межповерочные интер­ валы.

Внеочередная поверка должна проводиться при эксплуатации (хра­ нении) средств измерений вне зависимости от сроков периодической по­ верки, если необходимо удостовериться в исправности средств измере­ ний (при вводе в эксплуатацию, повреждении пломбы, утрате докумен­ тов и в других случаях).

Инспекционная поверка должна проводиться для подтверждения исправности средств измерений, выпускаемых из производства или ре­ монта и находящихся в обращении, при проведении метрологической

ревизии.

Метрологическая ревизия проводится для определения соответствия средств измерений и применяемых методов измерений современным тре­ бованиям народного хозяйства и уровню метрологического обеспечения производства, а также проверки готовности средств измерений к выпол­ нению измерений с нормированной точностью в целях повышения эф­ фективности метрологического обеспечения и обновления парка средств измерений.

При возникновении спорных вопросов по метрологическим свойст­ вам, методам и средствам поверки проводится метрологическая экспер­

тиза.

Все средства измерений подлежат обязательной государственной и ведомственной поверке. Ее конечная цель — установление пригодности средства измерений к применению.

Обязательной государственной поверке подлежат средства измере­ ний, применяемые в органах государственной метрологической службы н ведомственных метрологических органах в качестве образцовых средств измерений.

Остальные средства измерений проходят ведомственную поверку. Поверка средств измерений должна проводиться в соответствии с требованиями государственных стандартов на методы и средства повер­ ки, разработанных для отдельных видов средств измерений в рамках ГСИ. Стандарты содержат перечни средств измерений, подлежащих го­ сударственной поверке, с указанием периодичности поверки. Если стан­ дарт еще не введен, то поверка производится по инструкциям Госстан­

дарта или специальным методическим указаниям.

Средства измерений, служащие для качественной оценки изменения физической величины, а также средства измерений, применяемые в учеб­ ных целях, поверке не подлежат. Контроль за их исправностью осуще­ ствляется ведомственными службами. На такие средства измерений на­ носятся отчетливо обозначения «И» (индикатор) или «У» (учебный).

На выполнение поверочных работ органами метрологической служ­ бы должны выдаваться соответствующие разрешения в порядке, уста­ новленном Госстандартом.

Результаты поверок заносятся в специальные документы (повероч­ ные акты, свидетельства о поверке, протоколы поверки, паспорта-фор- муляры на средства измерений и др.).

Контроль за соблюдением необходимых условий поверки на пред­ приятии осуществляется представителем местного органа Госстандарта

СССР.

Средства измерений не допускаются к применению, если установле­

но, что они неисправны или своевременно не поверены. Кроме установ­ ления пригодности средства измерений к применению содержанием по­ верки является передача размера единицы физической величины от эта­ лона к рабочему средству измерения. Именно связь с эталонами и обеспечивает единообразие средств измерений.

Поверку в большинстве случаев осуществляют путем сличения по­ казаний поверяемого прибора с показаниями более точного средства из­ мерений. Возможен и другой метод поверки — поэлементный, при кото­ ром погрешности средств измерений определяют по погрешностям от­ дельных его элементов. Во всех случаях меры, приборы, используемые для поверки других средств измерений, называют образцовыми. Предел измерения образцового прибора выбирается так, чтобы он ненамного (не более 25 %) превышал предел измерения поверяемого прибора. Со­ отношение классов точности образцового и поверяемого приборов ука­ зывается в нормативно-технической документации и составляет, как пра­ вило, 1:4, 1:5 .

Специальный метрологический термин «поверка» нельзя путать с общетехническим термином «проверка». Термин «поверка» может отно­ ситься только к средству измерений в целом, а не к его части, напри­ мер, поверка амперметра, но и проверка показаний амперметра, провер­ ка метрологических характеристик средства измерений.

Метрологической аттестацией средства измерений называется ис­ следование средства измерений, выполняемое метрологическим органом для определения метрологических свойств этого средства измерений, и выдача документа с указанием полученных данных.

2.3. ЭТАЛОНЫ. ПОВЕРОЧНЫЕ СХЕМЫ

Эталоны — средства измерений, обеспечивающие воспроизведение и хранение единиц измерения с целью передачи их размера образцовым и рабочим средствам измерений. В зависимости от точности воспроиз­ ведения единицы измерения эталоны делятся на три разряда: первич­ ные, вторичные и специальные.

Первичный эталон служит для воспроизведения единицы физиче­ ской величины с наивысшей в данной стране точностью. Значения вто­ ричных эталонов устанавливаются по первичным.

Вторичные эталоны создаются для организации поверочных работ и обеспечения сохранности первичного эталона.

Специальный эталон служит для воспроизведения единицы в осо­ бых условиях, при которых первичный эталон не может быть использо­ ван. Первичные и специальные эталоны утверждаются как государствен­ ные эталоны и являются исходными для страны.

Вторичные эталоны подразделяются на эталоны-свидетели, этало­ ны-копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны. Первые три эталона предназначены для взаимного сличения.

Образцовые средства измерений предназначены для передачи раз* мера единиц от эталонов к рабочим средствам измерений. В зависимо­ сти от уровня точности образцовые средства делятся на разряды. Чис­ ло разрядов устанавливается соответствующей общесоюзной повероч­ ной схемой. Образцовое средство измерений высшего разряда органа ведомственной метрологической службы называется исходным. Оно про­ ходит аттестацию, периодическую поверку в органах государственной метрологической службы и заносится в перечень образцовых средств из­ мерений.

Рабочие средства измерений применяются для измерений, не свя­ занных с передачей размера единиц. Не разрешается применять рабочие средства для проведения поверочных работ, точно так же запрещается использовать образцовые средства для измерений, не связанных с по­ веркой.

Передача размера физических величин от первичных эталонов к ра­ бочим средствам измерений осуществляется в соответствии со схемой, показанной на рис. 2.3, а.

Поверочные схемы. Для каждого вида средств измерений составля­ ется общесоюзная поверочная схема. Поверочные схемы устанавлива­ ют систему передачи размера единицы физической величины от государ­ ственного эталона или исходного образцового средства измерений ра­ бочим средствам. Поверочные схемы в зависимости от области распрост­ ранения подразделяют на виды: государственная поверочная схема, ведомственная поверочная схема и локальные поверочные схемы.

На все средства измерений данной физической величины, применяе­ мые в стране, распространяется только государственная поверочная схема. Государственная поверочная схема разрабатывается так же, как государственный стандарт, и содержит:

наименования групп средств измерений и методов поверки; номинальные значения или диапазоны значений физической вели­

чины; допускаемые значения погрешностей методов поверки.

Чертеж поверочной схемы должен быть разделен пунктирными ли­ ниями на поля «Эталоны», «Образцовые средства измерений л-го разря­ да» (для каждого разряда отдельное поле), «Образцовые средства из­ мерений, заимствованные из других государственных поверочных схем», «Рабочие средства измерений» (рис. 2.3,6). Число полей зависит от структуры поверочной схемы.

2.4. МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Меры прямо или косвенно участвуют в каждом измерении. От их точности, стабильности и правильного применения зависит качество, ре­ зультатов измерений.

Рассмотрим меры электрических величин, которые нашли наиболее широкое применение в практике электрических измерений.

Меры электродвижущей силы (ЭДС). Мерами ЭДС (напряжения) служат насыщенные и ненасыщенные НЭ, основные технические харак­ теристики которых приведены в табл. 2.1.

Т а б л и ц а 2.1

В качестве образцовых мер ЭДС служат только насыщенные НЭ первого, второго и третьего разрядов.

Нормальные элементы — это гальванические элементы (рис. 2.4), у которых электролитом служит водный раствор сульфата кадмия, по­ ложительным электродом — ртуть и сульфат закиси ртути, а отрица­ тельным— амальгама кадмия. Выводы электродов изготовлены из пла­ тиновой проволоки и служат для включения НЭ в измерительную цепь.

Гальванический элемент помещен в защитный корпус из пластмас­ сы или металла, в отдельных случаях термостатированный. При всех рабочих температурах в электролите 3 насыщенного элемента (рис. 2.4, а) существует избыток кристаллов сульфата кадмия 2. В ненасыщенных НЭ (рис. 2.4, б, в) электролит не насыщен, и над амальгамой кадмия / сульфатом ртути 4 и ртутью 5 установлены защитные пробки или пласт­ массовые кольца 6.

Как видно из табл. 2.1, значение ЭДС НЭ отличается от 1 В, но определено с высокой точностью и мало изменяется во времени. Это достигается специальной конструкцией и технологией изготовления.

В зависимости от стабильности ЭДС и точности ее определения НЭ делятся на классы точности. Класс точности указывает на допустимое изменение ЭДС в процентах за один год,

ваний, защищать от действия солнечных лучей, не допускать при храпе* нии резких перепадов температуры.

На практике в качестве рабочих мер постоянного напряжения на­ ходят широкое применение выпрямители переменного тока с парамет­ рическими и компенсационными стабилизаторами постоянного напря­ жения на основе кремниевых стабилитронов.

К числу многозначных мер напряжения относятся также калибра­ торы напряжения постоянного и переменного тока, которые находят все более широкое распространение в поверочной практике.

Меры электрического сопротивления. Образцовыми и рабочими ме­ рами электрического сопротивления в цепях постоянного и переменно­ го тока служат измерительные катушки и магазины сопротивления. Ма­ териал, используемый в этих мерах, должен иметь высокое удельное сопротивление, минимально зависеть от температуры, не вырабатывать термо-ЭДС в паре с медью и обладать высокой стабильностью сопро­ тивления. Этим требованиям соответствует манганиновая проволока или манганиновая лента (84% меди, 12% марганца и 4% никеля).

(в 26 раз больше, чем у меди).

Термо-ЭДС в контакте с медыо равна 2 мкВ на 1 °С.

Конструкция измерительной катушки показана на рис. 2.5. Номи­

устанавливаются классы точности измерительных катушек от 0,0005 до 0,05. Нормируются также номинальная и максимальная мощности рас­ сеивания.

Стабильность меры характеризуется допустимым изменением сопро­ тивления за 1 год в процентах номинального значения. Это изменение не должно превышать допустимого значения для каждого класса точно­ сти и нормируется стандартом. Сопротивление меры при изменении тем­ пературы окружающей среды Re в пределах рабочих условий опреде­

метизированные (КСИ), герметизированные (КСИГ) и безреактивные (КСИБ). Катушки типов КСИ и КСИГ с номинальным значением соп­ ротивления до 105 Ом, а также катушки типа КСИБ с сопротивлением

Рис. 2.8. Схема трехдекадного рычажного магазина сопротивлений

Штепсель Оставлен Штепсель Вынут

Рис. 2.9. Схема штепсельного магазина сопротивлений

ством, называется многозначной мерой электрического сопротивления (ММЭС) или магазином сопротивлений. В зависимости от конструкции переключающего устройства магазины сопротивлений делятся на рычаж­ ные (МСР, рис. 2.8), штепсельные (МСШ, рис. 2.9), вилочные (МСВ), клавишные (МСК) и др.

Резисторы магазинов сопротивлений объединены в секции, назы­ ваемые декадами (см. рис. 2.8). Каждая декада отвечает определенно­ му десятичному разряду сопротивлений. С помощью декадного пере­ ключателя набирается от 0 до 9 (10 или 11) единиц данного разряда, образующих ступени декады. По мере износа контакта переключателя переходное сопротивление возрастает и может достигать 0,01 Ом. Чис­

нальной мощности и токе, если не требуется точного учета сопротивле­ ния магазина, нагрузку на каждую ступень можно доводить до 1 Вт.

Для высокоомных цепей высокой частоты (1 МГц и выше) приме­ няют магазины непроволочных сопротивлений. Такие магазины имеют меньшую точность и меньшую номинальную мощность по сравнению с магазинами из проволочных сопротивлений.

Предел допустимого отклонения действительного значения сопро­ тивлений магазинов в процентах номинального определяется в соответ­ ствии с (1.15)

где с — постоянная, соответствующая классу точности ММЭС; Rmax— наибольшее значение сопротивления ММЭС; R — сопротивление, уста­ новленное на ММЭС с помощью коммутирующих устройств; d — коэф­

фициент, вычисляемый по формуле

здесь т — число декад ММЭС; а — коэффициент, значения которого в зависимости от постоянной с приведены ниже:

Частотный диапазон применения МЭС от 0,05 до 100 кГц.

Меры индуктивности и взаимной индуктивности могут быть одно­ значными и многозначными. Однозначные выполняются в виде катушек, а многозначные — как магазины, состоящие из одной или нескольких де­ кад со ступенчатым или плавным изменением индуктивности. Меры должны иметь высокую стабильность индуктивности, малое активное сопротивление, независимость индуктивности от тока и возмож.чо малую зависимость воспроизводимых величин от частоты тока, внешнего маг­ нитного и электрического полей, изменения температуры, а также боль­ шое сопротивление изоляции.

Эти требования обеспечиваются конструкцией мер и выбором ма­ териалов, из которых изготовлены их элементы. Классы точности этих мер лежат в пределах 0,01 до 5. Они используются как образцовые и рабочие меры на частотах 20-т-30-10в Гц и имеют номинальные значе­ ния Г и М о т 1-10—0 до 10 Гн.

Предел допускаемой основной погрешности нормируется по относи­ тельной погрешности в процентах номинального или включенного зна­ чения (для вариометров и магазинов).

Характеристиками измерительной катушки индуктивности являются

активное сопротивление катушки.

Измерительные катушки взаимной индуктивности имеют две обмот­ ки на общем каркасе и две пары зажимов.