Государственная метрологическая служба

Рис. 1.10. Пример протокола поверки вольтметра

Классы точности средств измерений

Классификация погрешностей

Качество средств и результатов измерений принято характеризовать, указывая их погрешности. Введение понятия "погрешность" требует определения и чёткого разграничения трёх понятий: истинного и действительного значений измеряемой физической величины и результата измерения.

Истинное значение х_и физической величины – это значение, идеальным образом отражающее свойство данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении. Оно не зависит от средств нашего познания и является той абсолютной истиной, к которой мы стремимся, пытаясь выразить её в виде числовых значений. На практике истинное значение практически всегда неизвестно (в редких случаях оно может быть определено с применением первичных или вторичных эталонов), поэтому его приходится заменять понятием "действительное значение".

Действительное значение х_д физической величины - значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него. Действительное значение может быть получено при помощи рабочих эталонов.

Результат измерения (измеренное значение) х представляет собой приближённую оценку истинного значения величины, найденную путём измерения (результат, полученный с помощью рабочего средства измерения).

Понятие "погрешность" - одно из центральных в метрологии, где используются понятия "погрешность результата измерения" и "погрешность средства измерения".

Погрешность результата измерения - это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность средства измерения - отклонение показания средства измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Оно характеризует точность результатов измерений, проводимых данным средством.

Эти два понятия во многом близки друг к другу и классифицируются по одинаковым признакам.

По способу выражения различают: абсолютные, относительные и приведённые погрешности

Абсолютная погрешность Δ x выражается в единицах измеряемой величины х и равна разности между измеренным и истинным значениями (так как истинное значение практически всегда бывает неизвестно, то вместо него может использоваться действительное значение): Δ x= x- x _и ~ x- x _д.

Абсолютная погрешность не может в полной мере служить показателем точности измерений, так как одно и то же её значение, например Δ х = 0,5 мм при х = 100 мм соответствует достаточно высокой точности измерений, а при х = 1 мм -низкой. Поэтому и вводится понятие относительной погрешности.

Нормирующее значение x_N определяется различным образом в зависимости от шкалы прибора.

Для приборов, шкала которых содержит нулевую отметку, в качестве нормирующего значения принимают размах шкалы прибора.

XN = │ x max - x min │.

Например, если прибор имеет шкалу от 0 до 1000 единиц, то x_N = │1000-0│ = 1000 ед.; если прибор имеет шкалу от -30 до 70 единиц, то x_N =│ 70 - (-30)│ = 100 ед.

Для приборов, шкала которых не имеет нулевой отметки, в качестве нормирующего значения принимают максимальное по абсолютной величине значение шкалы:

x _N =│ x max│

Например, если прибор имеет шкалу от 900 до 1000 единиц, то x_N = 1000 ед.; если прибор имеет шкалу от -300 до -200 единиц, то x_N = 300 ед.

По характеру проявления погрешности делятся на случайные, систематические и грубые (промахи).

Систематическая погрешность - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Систематические погрешности могут быть предсказаны, обнаружены и, благодаря этому, почти полностью устранены введением соответствующей поправки или регулировкой средства измерения.

Случайная погрешность - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же значения физической величины, проведённых с одинаковой тщательностью в одних и тех же условиях. В появлении таких погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения. Описание случайных погрешностей возможно только на основе теории случайных процессов и математической статистики. В отличие от систематических, случайные погрешности нельзя исключить из результатов измерений путём введения поправки, однако их можно существенно уменьшить путём увеличения числа наблюдений и их статистической обработки. Поэтому для получения результата, минимально отличающегося от истинного значения измеряемой величины, проводят многократные измерения физической величины с последующей математической обработкой экспериментальных данных.

Грубая погрешность (промах) - это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Они, как правило, возникают из-за ошибок или неправильных действий оператора (его психофизиологического состояния, неверного отсчёта, считывания показаний с соседней шкалы прибора, ошибок в записях или вычислениях, неправильного включения приборов или сбоев в их работе и др.). Возможной причиной возникновения промахов также могут быть кратковременные резкие изменения условий проведения измерений. Если промахи обнаруживаются в процессе измерений, то результаты, их содержащие, отбрасывают. Однако чаще всего промахи выявляют только при окончательной обработке результатов измерений с помощью специальных статистических критериев.

В зависимости от причин возникновения различают инструментальные, методические и субъективные погрешности

Инструментальная погрешность - погрешность, присущая самому средству измерений, т.е. тому прибору или преобразователю, при помощи которого выполняется измерение. Причинами инструментальной погрешности могут быть несовершенство конструкции средства измерений, влияние окружающей среды на его характеристики, деформация или износ деталей прибора и т.п.

Методическая погрешность появляется вследствие несовершенства метода измерения; несоответствия измеряемой величины и её модели, принятой при разработке средства измерения; влияния средства измерений на объект измерения и процессы, происходящие в нём. Отличительной особенностей методических погрешностей является то, что они не могут быть указаны в нормативно-технической документации на средство измерения, поскольку от него не зависят, а должны определяться оператором в каждом конкретном случае.

Субъективная (личная) погрешность измерения обусловлена погрешностью отсчёта оператором показания по шкалам средства измерений, диаграммам регистрирующих приборов. Они вызываются состоянием оператора, его положением во время работы, несовершенством органов чувств, эргономическими свойствами средства измерений. Характеристики субъективной погрешности определяют на основе нормированной номинальной цены деления шкалы измерительного прибора (или диаграммной бумаги регистрирующего прибора) с учётом способностей "среднего оператора" к интерполяции в пределах деления шкалы. Эти погрешности уменьшаются по мере совершенствования приборов, например: применение светового указателя в аналоговых приборах устраняет погрешность вследствие параллакса, применение цифрового отсчёта исключает субъективную погрешность.

Объективная погрешность измерения - погрешность, не зависящая от личных качеств человека, производящего измерение.

По влиянию внешних условий различают основную и дополнительную погрешности средства измерений.

Основной называется погрешность средства измерений, определяемая в нормальных условиях его применения. Для каждого средства измерений в нормативно-технических документах оговариваются условия эксплуатации - совокупность влияющих величин (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение, частота питающей сети и др.), при которых нормируется его погрешность (влияющая величина - это физическая величина, не измеряемая данным средством измерений, но оказывающая влияние на его результаты).

Дополнительной называется погрешность средства измерений, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин, т.е. дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора, возникает, если прибор работает в условиях, отличных от нормальных.

1.8. ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Поверка средств измерений (поверка) - установление органом государственной метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом, организацией) пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.

Поверке подвергают средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору.

При поверке используют рабочий эталон. Поверку проводят в соответствии с обязательными требованиями, установленными нормативными документами по поверке. Поверку проводят специально обученные специалисты, аттестованные в качестве поверителей органами Государственной метрологической службы.

Существуют следующие виды поверок.

Первичная - поверка, выполняемая при выпуске средства измерений из производства или после ремонта, а также при ввозе СИ из-за границы партиями, при продаже.

Периодическая - поверка СИ, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени (обычно 1, 2 или 0,5 года).

Внеочередная - поверка СИ, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки. Необходимость внеочередной поверки может возникнуть из-за ухудшения метрологических свойств СИ или подозрения в этом, нарушения условий эксплуатации и др.

Выборочная - поверка группы СИ, отобранных из партии случайным образом, по результатам которой судят о пригодности к эксплуатации всей партии.

Инспекционная - поверка СИ, проводимая органом Государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением СИ.

Поверка средств измерений (приборов) включает в себя следующие операции:

1. Определение исправности прибора и наличия комплектующих.

Для этого проводят внешний осмотр прибора, проверяют наличие паспорта, технической документации, комплектующих изделий, проверяют наличие маркировки и табличек (шильдиков) с указанием марки прибора, года изготовления, завода-изготовителя, заводского номера прибора и т.д. Проверяют отсутствие внешних повреждений, отсутствие подтёков масла и т.п. При наличии хотя бы одного из перечисленных недостатков прибор считается не прошедшим поверку.

2. После предварительного осмотра прибор подвергают собственно поверке. Целью операции поверки является проверка соответствия прибора его классу точности.

1) При поверке сличают показания поверяемого прибора с показаниями рабочего эталона по утверждённой схеме. Например, при поверке вольтметра эта схема может иметь вид, представленный на рис. 1.9.

2) Класс точности рабочего эталона должен быть выше класса точности поверяемого прибора не менее, чем в 5 раз. Допускается использовать рабочий эталон с классом точности в 3 раза выше класса точности поверяемого прибора при условии введения поправок в показания рабочего эталона.

3) Поверяют все оцифрованные отметки шкалы поверяемого прибора.

Рабочий эталон

Поверяемый прибор

Рис. 1.9. Схема поверки вольтметра:

ИРН – источник регулируемого напряжения;

0,5 – класс точности рабочего эталона; 2,5 – класс точности поверяемого прибора

4) С целью выявления вариации показаний поверяемого прибора, поверку ведут при прямом ходе стрелки (при возрастании показаний) и при обратном ходе стрелки (при уменьшении показаний). Если при прямом ходе стрелка заскочила за поверяемую отметку, то её надо вернуть обратно и вновь плавно подвести к поверяемой отметке.

3. В протокол после поверки заносят рассчитанные значения погрешностей измерений и вариации показаний (в качестве абсолютной погрешности принимают максимальное из двух значений абсолютной погрешности, полученных при прямом и обратном ходе). В нижней части протокола (под таблицей) делается запись о соответствии прибора классу точности.

Прибор прошёл поверку и признан годным, если:

1) его основная приведённая (относительная) погрешность не превышает класса точности;

2) приведённая (относительная) вариация показаний не превышает ½ класса точности для приборов, класс точности которых больше чем 0,25;

3) приведённая (относительная) вариация показаний не превышает 0,2% для приборов, класс точности которых 0,25 и меньше.

ПРОТОКОЛ поверки вольтметра Э-30 класса точности 2 ,5 заводской номер 123456 по образцовому прибору Ф-30 класса точности 0,5 заводской номер 789012

№ п/п	Поверяемая отметка шкалы, В	Показания рабочего эталона	Погрешности	Вариация
	0,2	0,3	0,3	0,6	0,1	0,2
	9,6	9,5	0,5	1,0	0,1	0,2
	19,6	19,7	0,4	0,8	0,1	0,2
	30,5	30,7	0,7	1,4	0,2	0,4
	40,4	40,6	0,6	1,2	0,2	0,4
	50,5	50,7	0,7	1,4	0,2	0,4

Прибор соответствует классу точности

Дата _______________ Поверитель

Протокол подписывается лицом, выполнившим поверку. В паспорте прибора делается отметка, поверку, и ставится клеймо поверителя. Это же клеймо ставится на корпусе прибора.

1.9. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

1.9.1. Закон "Об обеспечении единства измерений"

В настоящее время создана система законодательного управления метрологической деятельностью на базе Конституции РФ, закона "Об обеспечении единства измерений", а также ряда нормативных актов по обеспечению единства измерений.

В общем виде законодательные основы метрологии закрепляет ст. 71 Конституции РФ, а основные принципы метрологической деятельности определяет закон "Об обеспечении единства измерений", который впервые был принят в 1993 г. В июне 2008 г. был принят новый вариант этого закона. Закон направлен на защиту прав и законных интересов граждан и определяет основные положения в области обеспечения единства измерений и одновременно создаёт законодательную базу для образования необходимых подзаконных актов. Основные статьи закона устанавливают:

1. Основные понятия, связанные с обеспечением единства измерений.

2. Требования к измерениям, единицам величин, эталонам единиц величин, стандартным образцам, средствам измерений.

3. Формы государственного регулирования в области обеспечения единства измерений:

- утверждение типа стандартных образцов и средств измерений;

- поверка и калибровка средств измерений;

- метрологическая экспертиза;

- государственный метрологический надзор;

- аттестация методик (методов) измерений;

- аккредитация юридических лиц и индивидуальных предпринимателей на выполнение работ и оказание услуг в области обеспечения единства измерений.

4. Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений.

5. Организационные основы обеспечения единства измерений:

- федеральные органы исполнительной власти;

- государственные научные метрологические институты;

- государственные региональные центры метрологии;

- метрологические службы, организации, осуществляющие деятельность по обеспечению единства измерений.

6. Ответственность за нарушение законодательства РФ об обеспечении единства измерений.

7. Финансирование в области обеспечения единства измерений.

Государственная метрологическая служба (ГМС)представляет собой систему органов и организаций, действующих в целях обеспечения единства измерений в стране и осуществления государственного метрологического контроля и надзора.

Главными задачами ГМС являются реализация технической политики по обеспечению единства измерений в стране, влияющей на уровень жизни и благосостояние граждан, экономику и производство, оборону государства, правопорядок, науку и технику, международное сотрудничество, а также координация деятельности органов исполнительной власти РФ и юридических лиц в области обеспечения единства измерений.

Общее руководство ГМС осуществляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (ФАТРиМ), в компетенцию которого в сфере управления обеспечением единства измерений входят:

- межрегиональная и межотраслевая координация деятельности по обеспечению единства измерений в РФ;

- представление Правительству РФ предложений по единицам величин, допускаемых к применению;

- установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц физических величин;

- определение общих метрологических требований к средствам, методам и результатам измерений;

- осуществление государственного метрологического контроля и надзора;

- осуществление контроля за соблюдением условий международных договоров РФ о признании результатов испытаний и поверки средств измерений;

- руководство деятельностью ГМС и иных государственных служб по обеспечению единства измерений;

- участие в деятельности международных организаций по вопросам обеспечения единства измерений. ГМС включает:

- подразделения центрального аппарата ФАТРиМ, осуществляющие функции по обеспечению единства измерений;

- государственные научные метрологические центры (ГНМЦ);

- органы ГМС на территории республик РФ, автономных округов, краёв, областей, городов. Функции органов ГМС:

- осуществляют поверку СИ, подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору (ГМКиН), при выпуске их из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации;

- обеспечивают хранение и содержание эталонов, применяемых для поверки СИ, а также передачу размеров единиц величин эталонам, используемым в соответствии с установленными требованиями метрологическими службами различных предприятий и организаций;

- выполняют работы по испытаниям, утверждению типа и сертификации СИ;

- осуществляют государственный метрологический надзор за выпуском, состоянием и применением СИ; за эталонами единиц величин; за соблюдением метрологических правил и норм;

- осуществляют государственный метрологический надзор за количеством товаров при совершении торговых операций;

- принимают участие в проведении работ по аккредитации испытательных и измерительных центров, а также метрологических служб предприятий и организаций;

- принимают участие в испытаниях и сертификации продукции и услуг, в аттестации производств предприятий, представляющих продукцию и услуги на сертификацию;

- осуществляют межотраслевую координацию деятельности по обеспечению единства измерений на основе взаимодействия с метрологическими службами различных отраслей;

- выполняют на основе договоров работы и услуги инженерно-технического и методического характера.

В состав ГМС входят 7 государственных научных метрологических центров, Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС), который осуществляет научно-методическое руководство ГМС, а также около 100 центров стандартизации, метрологии и сертификации (ЦСМ).