В чем заключается основное назначение эталонов

Помощник предпринимателя

в сфере стандартизации, метрологии и сертификации.

Эталоны физических величин

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерения одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерения. Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляется с помощью эталонов и образцовых средств измерения. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны.

Эталон представляет собой средство измерения (или комплекс средств измерения), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины (или одну из этих функций) с целью передачи размера единицы образцовым, а от них рабочим средствам измерения и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Если эталон воспроизводит единицу с наивысшей в стране точностью, он называется первичным. Первичные эталоны основных единиц воспроизводят единицу в соответствии с ее определением.

Для воспроизведения единиц в особых условиях, когда прямая передача размера единицы от существующих эталонов технически неосуществима с требуемой точностью (высокие и сверхвысокие частоты, энергии, давления, температуры, особые состояния вещества, крайние участки диапазонов измерений и тому подобное), создаются и утверждаются специальные эталоны. Специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет в этих условиях первичный эталон.

Первичный, или специальный, эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным. Государственные эталоны утверждаются Ростехрегулированием, и на каждый из них утверждается национальный стандарт. Основное назначение эталонов — служить материально-технической базой воспроизведения и хранения единиц физических величин. Принят принцип систематизации эталонов по воспроизводимым единицам.

В метрологической практике широко распространены вторичные эталоны, значения которых устанавливаются по первичным эталонам. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ и для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона.

Государственные эталоны хранятся в метрологических институтах. Для проведения работ с государственными эталонами назначаются ответственные лица — ученые хранители эталонов. Вторичные эталоны используются в метрологических институтах и в других крупных органах Государственной метрологической службы.

Кроме национальных эталонов единиц физических величин существуют международные эталоны, которые хранятся в Международном бюро мер и весов. Программой деятельности этого бюро предусмотрены систематические сличения национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами и между собой.

Источник

ЭТАЛОНЫ

Основные и дополнительные единицы физических величин системы СИ

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерений.

Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляются с помощью эталонов и образцовых средств измерений. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны.

Эталонединицы представляет собой средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины (или одну из этих функций) с целью передачи размера единицы образцовым, а от них рабочим средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Эталон называется первичным, если он воспроизводит единицу с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами) точностью. Первичные эталоны основных единиц воспроизводят единицу в соответствии с ее определением.

Первичный, или специальный, эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным.

Основное назначение эталонов – служить материально-технической базой воспроизведения и хранения единиц физических величин.

По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делят на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Допускается применение государственного эталона в качестве рабочего, если это предусмотрено правилами хранения и применения эталона.

Числовые вероятностные характеристики случайных
погрешностей

• Для описания частных свойств случайной величины используют числовые характеристики распределений. В качестве числовых характеристик выступают моменты случайных величин: начальные и центральные.

• Все они представляют собой некоторые средние значения; причем, если усредняются величины, отсчитываемые от начала координат, моменты называются начальными, а если от центра закона распределения – то центральными.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Метрология, стандартизация и сертификация

Лекция 3. Эталоны единиц физических величин

1. Эталоны единиц физических величин.

2. Методы обработки экспериментальных данных.

1. Эталоны единиц физических величин

Государственные эталоны единиц величин используются в качестве исходных для воспроизведения и хранения единиц величин с целью передачи их размеров всем средствам измерений данных величин на территории Российской Федерации.

Государственные эталоны единиц величин являются исключительной федеральной собственностью, подлежат утверждению Госстандартом России и находятся в его ведении.

Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.

Эталон должен обладать следующими существенными признаками (по М. Ф. Маликову): неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Различают следующие виды эталонов: первичный; специальный; государственный; вторичный; эталон-свидетель; эталон-копия; эталон сравнения; рабочий эталон; международный эталон и др.

Наивысшей в стране точностью воспроизведения единицы физической величины обладает первичный эталон.

Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.

В случае, когда одним первичным эталоном технически нецелесообразно обслуживать весь диапазон измеряемой величины, создают несколько первичных эталонов, охватывающих части этого диапазона с таким расчетом, чтобы был охвачен весь диапазон. В этом случае проводят согласование размеров единиц, воспроизводимых «соседними» первичными эталонами.

Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.

Эталон сравнения – эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

Исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений.

Исходным эталоном в стране служит первичный эталон, исходным эталоном для республики, региона, министерства (ведомства) или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон. Вторичный или рабочий эталон, являющийся исходным эталоном для министерства (ведомства) нередко называют ведомственным эталоном.

Эталоны, стоящие в поверочной схеме ниже исходного эталона, обычно называют подчиненными эталонами.

Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, n-й), как это было принято для ОСИ.

В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений.

Пример — Государственные эталоны метра, килограмма, секунды, ампера, кельвина, канделы, ньютона, паскаля, вольта, беккереля.

Национальный эталон – эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны. Данное определение по существу совпадает с определением понятия государственный эталон. Это свидетельствует о том, что термины государственный эталон и национальный эталон отражают одно и то же понятие.

Вследствие этого термин национальный эталон применяют в случаях проведения сличения эталонов, принадлежащих отдельным государствам, с международным эталоном или при проведении так называемых круговых сличений эталонов ряда стран.

Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Пример — Международный прототип килограмма, хранимый в международном бюро мер и весов (МБМВ), утвержден 1-й Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ).

Одиночный эталон – эталон, в составе которого имеется одно средство измерений (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы.

Групповой эталон – эталон, в состав которого входит совокупность средств измерений одного типа, номинального значения или диапазона измерений, применяемых совместно для повышения точности воспроизведения единицы или ее хранения.

Групповые эталоны подразделяют на групповые эталоны постоянного или переменного составов.

За результат измерений принимают обычно среднее арифметическое значение результатов измерений однотипными средствами измерений или эталонными установками.

Эталонный набор – эталон, состоящий из совокупности средств измерений, позволяющих воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств.

Эталонные наборы создаются в тех случаях, когда необходимо охватить определенную область значений физической величины.

Пример — Эталонные разновесы (наборы эталонных гирь) и эталонные наборы ареометров.

Транспортируемый эталон – эталон (иногда специальной конструкции), предназначенный для его транспортирования к местам поверки (калибровки) средств измерений или сличений эталонов данной единицы.

Хранение эталона – совокупность операций, необходимых для поддержания метрологических характеристик эталона в установленных пределах.

Эталонная база страны (эталонная база) – совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, являющаяся основой обеспечения единства измерений в стране.

Число эталонов не является постоянным, а изменяется в зависимости от потребностей экономики страны. Обычно прослеживается увеличение их числа во времени, что обусловлено постоянным развитием рабочих средств измерений.

Эталон может состоять из нескольких эталонных установок.

Источник

Эталоны единиц величин

В России и многих других странах мира единство измерений обеспечивается функционированием централизованных систем воспроизведения единиц величин и передачи их размеров, которые представляют собой иерархические цепочки эталонов различной точности.

Эталон — СИ (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера другим СИ.

По месту в этой иерархической цепочке эталоны подразделяют на первичные, вторичные и рабочие.

Первичным эталоном называют эталон, который воспроизводит единицу и передает ее размер вторичным эталонам. Первичный эталон выполняет задачу воспроизведения единицы величины для ее использования при всех измерениях данной величины. Очевидно, что уровни точности наиболее ответственных метрологических и рабочих измерений определяются точностями первичных эталонов. Поэтому при создании первичных эталонов всегда стремятся обеспечить наиболее высокую точность, которую можно достигнуть на данном этапе развития науки и техники. После воспроизведения единицы ее размер по иерархической цепочке эталонов доводится до каждого эталона.

Рисунок 1 иллюстрирует этот процесс. Из рисунка видно, что передача размера единицы идет двояко: не только от более точных эталонов менее точным, но и путем расширения диапазонов величины и условий измерений. При этом, поскольку результат каждого измерения отягощен какой-то неопределенностью, в системе передачи размера единицы непрерывно возрастает неопределенность этой единицы. Первичный эталон передает размер единицы вторичным эталонам, которые функционируют в более широком диапазоне измерений, но являются менее точными. Вторичные эталоны передают размер единицы рабочим эталонам (образцовым СИ (далее ОСИ)), а те — менее точным рабочим эталонам (ОСИ).

Рис. 1. Схема воспроизведения единицы и передачи ее размера эталонам

Количество ступеней передачи определяется требованиями к точности рабочих СИ и поэтому не может быть очень большим. Во многих видах измерений увеличение диапазонов величины и условий измерений (частота, температура и т. д.) привело к невозможности обеспечить передачу размера единицы с требуемой точностью от действующего первичного эталона всем СИ этого вида. В этих случаях создают несколько первичных эталонов одной единицы, отличающихся диапазонами измерений или условий измерений.

Например, в России единицу давления воспроизводят семь различных первичных эталонов, шесть из которых хранятся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева и один во ВНИИФТРИ.

Другой пример: единицу удельной теплоемкости воспроизводят четыре первичных эталона, хранящихся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, УНИИМ, НПО «Дальстандарт» и ВНИИФТРИ. Такая группа первичных эталонов фактически является эталонным набором, предназначенным для воспроизведения единицы во всем диапазоне измерений. При этом в России один из этих эталонов получает наименование «первичный эталон». Остальные эталоны этого набора называют специальными первичными эталонами (краткая форма— специальные эталоны).

В приведенных примерах первичными эталонами называются государственные эталоны, хранящиеся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, единиц давления в диапазоне 0,05-10 МПа и удельной теплоемкости в диапазоне температур 273,15-700 К. Для обеспечения единства измерений размеры единицы, воспроизводимые этими эталонами, согласуются в граничных областях значений.

Все остальные эталоны не участвуют в воспроизведении единиц. Они хранят размеры единиц, полученные от более точных эталонов, и (или) передают их менее точным эталонам и рабочим СИ.

Вторичные эталоны получают размеры единиц от первичных эталонов и передают его рабочим эталонам.

Рабочие эталоны предназначены для поверки и калибровки рабочих СИ. При необходимости их подразделяют на разряды: 1-й, 2-й, 3-й и т. д. В этом случае рабочие эталоны 1-го разряда также передают размер единицы рабочим эталонам 2-го разряда, рабочие эталоны 2-го разряда — рабочим эталонам 3-го разряда и т. д.

Приведенные выше наименования соответствуют международной классификации эталонов, признанной во всем мире, в том числе и в России. В то же время классификация, принятая в России, несколько отличается от международной. Рабочие эталоны по международной классификации до последнего десятилетия в нашей стране назывались образцовыми СИ (ОСИ). Эти термины фактически являются синонимами: в свое время так перевели на русский язык французское слово «эталон». Но в России всегда имелись существенные различия в статусе первичных и вторичных эталонов (совокупность которых называют эталонной базой страны) и ОСИ и обусловленные ими различия в финансировании и системе метрологического обслуживания.

После перехода на международную классификацию статус ОСИ (в том числе серийно выпускаемых ОСИ низших разрядов) как бы сравнялся со статусом первичных и вторичных эталонов, со всеми вытекающими последствиями негативного характера для последних. Чтобы восстановить прежнее положение и в то же время не противоречить международной классификации эталонов, в настоящее время принято решение оба термина (и рабочий эталон, и ОСИ) применять в России как равноправные.

В состав эталонов включают:

Конструктивно эталоны и ОСИ могут быть оформлены в виде измерительных установок, называемых в этом случае поверочными установками.

Основные метрологические требования к эталонам и ОСИ должны обеспечивать высокую точность результатов измерений при воспроизведении единицы, хранении и (или) передаче ее размера.

Важнейшим требованием является высокая стабильность, позволяющая обеспечить неизменность размера единицы. Именно этим объясняется осуществленный на рубеже XX и XXI веков переход на воспроизведение основных и многих производных единиц путем реализации высокостабильных квантовых физических эффектов. Необходимыми также являются высокая чувствительность и малая случайная погрешность эталона, а также его низкая чувствительность к изменению условий измерений.

Средством повышения точности измерений на эталоне и уменьшения личных погрешностей оператора является автоматизация измерительных и вычислительных операций. В то же время размер диапазона условий измерений не является существенной характеристикой, т. к. в целях повышения точности эталонных измерений эталоны, как правило, применяются при фиксированных (чаще всего нормальных) условиях измерений.

По числу одноименных СИ, входящих в эталон, различают одиночные эталоны, эталонные наборы и групповые эталоны.

Одиночный эталон состоит из одного СИ.

Другая разновидность эталонов — эталонный набор — представляет собой объединение одиночных эталонов с различными номинальными значениями, которое позволяет расширить диапазон воспроизводимых, хранимых как стандартное отклонение среднего арифметического значения.

Централизованную систему обеспечения единства измерени можно организовывать в метрологических службах различного уровня: на отдельном предприятии, в ведомстве, в стране в целом.

При этом иерархическую цепочку передачи размера единицы всем СИ этого вида измерений, применяемым в данной метрологической ской службе, будет возглавлять один, наиболее точный эталон. Этот эталон называется исходным эталоном (предприятия, ведомства, страны). Таким способом обеспечивается прослеживаемость всех измерений, выполняемых на предприятии или в ведомстве к своим исходным эталонам, а через них — к исходным эталонам страны.

Исходные эталоны страны в международной метрологической практике называются национальными эталонами, в нашей стране их называют государственными эталонами.

Национальные эталоны являясь наиболее точными СИ своих стран, во многом определяются их научные и технологические возможности. Обычно они хранятся и применяются в национальных метрологических институтах (НМИ).

Существуют три различные методики их создания.

В соответствии с первой методикой НМИ создает первичный эталон, который осуществляет воспроизведение единицы в точном соответствии с ее определением. Это наиболее фундаментальный подход, обеспечивающий прочную связь между определением единицы и ее физическим воплощением в первичном эталоне.

Однако это наиболее трудный и дорогостоящий подход.

Вторая методика также предусматривает создание первичного эталона, но не путем физической реализации теоретического определения, а на основе квантовых физических эффектов, использование которых позволяет реализовать размер единицы, значение которого согласовано с ее определением. Такой способ позволяет создавать эталоны, обладающие высокой степенью воспроизводимости.

Примерами служат использование частотно-стабилизированных лазеров для создания эталона метра, эффекта Джозефсона — для вольта и эффекта Холла — для ома.

Третья методика заключается в использовании в качестве национального эталона вторичного эталона, которому размер единицы передается путем периодического сличения с национальным эталоном какого-либо другого НМИ. Наиболее крупные и развитые в научном и технологическом плане страны, в их числе и Россия, имеющие потребность в как можно более высоком уровне точности во всех видах измерений, используют первую или вторую методику. Поэтому национальные эталоны этих государств, как правило, являются первичными эталонами. Небольшие страны, не обладающие полным спектром современных отраслей промышленности и поэтому не ощущающие потребность в высокой точности в ряде видов измерений, при создании национальных эталонов часто вынуждены использовать третью методику, как менее затратную. Учитывая это, МБМВ установило, что каждый НМИ при создании своих национальных эталонов имеет право самостоятельного выбора методики их создания.

Источник