МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ

- дополнительные  погрешности, вызванные различными  влияющими факторами должны нормироваться  раздельно.

  Характеристики  систематической составляющей погрешности  СИ нормируют путем установления  либо положительного и отрицательного допустимых пределов , либо совместно с математическим ожиданием М [ ] и СКО δ [ ] систематической составляющей. 
 

2.7. 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.) 
 

2.8. Определение погрешности косвенных измерений. 

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  

= . 
 

      2.9.  Эталоны единиц физических величин 

  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. 
 

Изменение метрологических  характеристик СИ в процессе эксплуатации 

  Метрологические  характеристики СИ могут изменяться  в процессе эксплуатации. В дальнейшем  будем говорить об изменениях  погрешности Δ (t), подразумевая, что вместо неё может быть рассмотрена любая другая МХ.

  Следует  отметить, что не все составляющие погрешности подвержены изменению во времени. Среди инструментальных погрешностей есть много составляющих, практически не подверженных старению, например размер кванта в цифровых приборах.

  Задача, решаемая при определении метрологической надежности СИ, состоит в построении математической модели для нахождения изменений МХ. Поскольку изменения МХ во времени – случайный процесс, то для построения математических моделей используется теория вероятностей. 
 

Методики  выполнения измерений 

  Методика  выполнения измерений (МВИ) представляет собой установленную совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.

  Разработку  МВИ выполняют на основе исходных данных, включающих:

- назначение, где  указывается область применения, наименование измеряемой величины  и её характеристики, а также  характеристики объекта измерений,  если они могут влиять на  погрешность измерений;

- требования  к погрешности измерений;

- условия измерений;

- вид индикации  и формы представления результатов  измерений;

- требования  к обеспечению безопасности выполняемых  работ; 
 

Глава 3. Обработка результатов измерений. 

3.1. Выбор количества измерений. 

  Цель любого  измерения – это получение результата измерений с оценкой действительного значения измеряемой величины. Для достижения конечной цели проводится обработка результатов измерений. При этом выбор методов обработки результатов измерений определяется следующими факторами:

  - форма закона распределения результатов измерений;

  - применяемый  метод измерений (прямой, косвенный);

  - количество  выполненных измерений искомой  величины.

  В метрологической  практике используются следующие  законы распределения:

1. Равномерный закон. Используется в случаях когда результаты измерений сосредоточены на интервале от “a” до “b” при постоянной величине плотности на этом интервале и при равенстве его нулю вне указанного интервала. Плотность распределения записывается в виде:

     

                    F(x) =

      F(x)

График имеет  вид:                                                

               

        

      a b 
 
 
 
 

Равномерный закон  распределения обычно применяют  при выполнении равномерного квантования  непрерывных величин по уровню в  цифровых измерительных приборах. Для этого случая количество измерений около 6.

2. Для средств измерений, у которых погрешности изменяются в зоне нижней и верхней границ поля допуска используют закон, у которого плотность распределения имеет вид:

 

         , F(x) 

 

Количество измерений  около 10. 

3. К наиболее часто используемых законам относится  нормальный закон распределения, плотность  которого имеет следующий вид:

 

                                   

Где - математическое ожидание величины ,

        - среднее квадратическое отклонение необходимое число измерений при нормальном законе распределения случайной величины зависит от погрешности измерения, и коэффициента вариации, определяемой выражением:

, или

  Например, = 0,33…0,35 можно считать, что распределение случайной величины подчиняется нормальному распределению. 

Следующим (третьим) параметром, определяющим число измерений, является доверительная вероятность, т.е. вероятность того, что результата измерения находится в интервале:

- заранее заданная произвольно  малая величина.

 Таким образом, для определения  числа измерений необходимо знать  три параметра – погрешность измерения, коэффициент вариации и доверительную вероятность.

  Если распределение  погрешности подчиняется нормальному  закону это уже определяет  и доверительную вероятность.  Например, при  значение P = 0.68, при значение P = 0.95, а при значение P = 0.99, где - СКО.