Эталоны единиц физических величин

Определение погрешности косвенных измерений.

Классы точности

Класс точности – это обобщенная характеристика СИ, определяемая пределами допустимой основной (иногда и дополнительной) погрешности.

Классы точности присваивают СИ на этапе разработки по результатам государственных испытаний.

Если у основной абсолютной погрешности границы погрешностей СИ не изменяются в пределах диапазона измерений, то класс точности представляется пределами допустимой приведенной погрешности

= () · 100 = ± P %

Где Р – некоторое положительное число, выбираемое из ряда.

Если основная абсолютная погрешность имеет мультипликативный характер, т.е. границы погрешностей СИ линейно изменяются в пределах диапазона измерений, то класс точности представляется пределами допустимой относительной погрешностей в виде:

Δ = ± () · 100 = ± q %

где - показания прибора

q – Положительное число

Положительные числа P и q выбираются из установленного ряда: 1·; 1.5·; 2·; 2.5·; 4·; 5·; 6· (n = 1; 0; -1; -2; -3 и тд.)

Косвенные измерение предполагают наличие функциональной связи

Y = f (, …),

где, … - подлежащих прямым измерениям аргументы функции Y.

Для технических измерений предложим простой и достаточно точный подход, основанный на методе математического программирования, сводящий аналитическую задачу к вычислительной. При этом в информации о законе распределения аргумента нет необходимости. В качестве оценки принимается полусумма максимального и минимального значений функции Y, а оценки абсолютной погрешности – полуразность этих значений

=; =

Тогда относительная погрешность

=

Рассмотрим пример.

Рассчитать в общем виде абсолютную и относительную погрешности силы, сообщающая телом массой m ускорение a в направлении действия силы.

Максимальная сила F_max=(m+∆_m)(a+∆_a), а минимальная F_min=(m-∆_m)(a-∆_a)

Средняя сила F=(F_max+F_min)∕2=ma+∆_m∆_a

Так как ma>∆_m∆_a, то вторым слагаемым можно пренебречь.

Абсолютная погрешность ∆_F=(F_max-F_min)/2.

Относительная погрешность δ_F=(F_max-F_min)/(F_max+F_min)

Эталоном называется средство измерения, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы величины и передачи её размера другим, менее точным средствам измерения. Различают следующие эталоны:

- первичные (государственные) эталоны, имеющие наивысшую точность. Хранятся эти эталоны в государственных институтах (центрах) Госстандарта. В международной практике государственные эталоны обычно называют национальными, а эталоны, хранящиеся в международном бюро мер и весов – международными. С их помощью в соответствии с международными отношениями периодически проводятся сличение национальных эталонов разных стран. Например, национальные эталоны метра и килограмма сличаются один раз в 20…25 лет, а эталоны вольта и Ома и ряд других сличаются раз в три года.

- вторичные эталоны, размер единиц, воспроизведения которых поддерживается с помощью первичных эталонов. Хранятся вторичные эталоны в центрах Госстандарта, а в некоторых случаях в метрологических службах ведомств.

- рабочие эталоны, которые получают размер единицы от вторичных эталонов и передаются рабочим средством измерения.

- эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или другим причинам не могут быть непосредственно сличаемые друг с другом.

В зависимости от количества СИ, входящих в эталон различают:

- одиночный эталон, в составе которого имеется одно СИ;

- групповой эталон, в состав которого входит совокупность СИ одного типа номинального значения или диапазона измерений;

- эталонный набор, в состав которого входят совокупность СИ, позволяющий воспроизводить и (или) хранить единицу измерения в диапазоне, представляющим объединение диапазон технических средств (эталоны развесов – набор эталонов гирь).

Эталонная база России имеет в своем составе 114 государственных эталонов и более 280 вторичных эталонов. Из них 52 эталона хранятся в институте имени Д.И. Менделеева (г. Санкт-Петербург), в том числе эталоны метра, килограмм, Ампера, Кельвина и Радиана. 25 хранятся в физико-технических измерений Москвы, 13 эталонов в ВНИИ оптико технических измерений, 5 в Уральском и 6 в Сибирском НИИ метрологии.

В области механики используются 38 ГЭ.

Схемы передачи информации о размерах единиц от эталонов к СИ называют поверочными. Поверочная схема – это утвержденный в установленном порядке документ, регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государственного эталона рабочим средствам измерений.

Поверочные схемы в зависимости от области распространения подразделяются на государственные, ведомственные и локальные схемы.

Государственная поверочная схема распространяется на все СИ, применяемые в стране. Разрабатываются метрологическими институтами.

Ведомственная поверочная схема распространяется на средства измерений, подлежащие поверке внутри ведомства.

Локальная поверочная схема распространяется на СИ, подлежащие поверке в метрологической службе юридического лица.

Содержание и построение поверочных схем установлены нормативным документом, состоящего из чертежей поверочной схемы и текстовой части.

На чертежах поверочной схемы должны быть указаны:

- наименование СИ и методов поверки;

- номинальные значения ФВ или их диапазон;

- допустимые значения погрешностей СИ;

- допустимые значения погрешностей методов поверки.

Правила расчета параметров поверочных схем приведены в нормативных документах.