Измерение параметров электрических сигналов

Измерение напряжения. При данном виде измерений приме­няют схему с дополнительным резистором (рис. 1.9).

Регулирование осуществляется в диапазоне частот 0—109 Гц (при более высоких частотах напряжение перестает быть инфор­мативным параметром). Напряжение постоянного тока от долей милливольт до сотен вольт часто измеряют магнитоэлектриче­скими вольтметрами (класс точности до 0,05).

Основной недос­таток — низкое входное сопротивление, определяемое величи­ной добавочного сопротивления (десятки килоОм).

Этим недостатком не обладают электронные аналоговые вольт­метры. Их выходное сопротивление составляет десятки килоОм. Ими можно измерять сопротивления от единиц микровольт до нескольких киловольт. Основные источники погрешностей: не­стабильность элементов и собственные шумы электронных схем. Класс точности таких приборов — до 1,5. И магнитоэлектриче­ским, и электронным вольтметрам присуща температурная по­грешность, а также механические погрешности измерительного механизма и погрешности шкалы.

Точные измерения напряжения постоянного тока произво­дятся с помощью компенсаторов постоянного тока (см. тему «Метод замещения» в разд. «Методы измерений»). Точность из­мерения при этом достигает 0,0005 %.

Среднеквадратичсское (действующее) значение переменного тока измеряется электромагнитными (до 1—2 кГц), электродина­мическими (до 2—3 кГц), ферродинамическими (до 1—2 кГц), электростатическими (до 10 МГц) и термоэлектрическими (до 100 МГц) приборами. Отличие формы измеряемого напря­жения от синусоидальной иногда может приводить к большим погрешностям.

Наиболее удобными в эксплуатации приборами являются цифровые вольтметры (ЦВ). Они могут измерять как постоян­ные, так и переменные напряжения. Класс точности — до 0,001, диапазон — от единиц микровольт до нескольких киловольт. Со­временные микропроцессорные ЦВ снабжены клавиатурой и часто позволяют производить измерения не только напряжения, но и тока, сопротивления и т. д., т. е. являются многофункцио­нальными измерительными приборами — тестерами (мульти- метрами или авометрами).

Измерение тока. При данном виде измерений применяют схему с шунтированием (рис. 1.10).

В остальном все сказанное применительно к измерению на­пряжения справедливо и для измерений тока.

Измерение электрической мощности. Осуществляется в цепях постоянного и переменного тока с помощью электродинамиче­ских и ферродинамических ваттметров. Изменение пределов достигается коммутацией секций токовой катушки и подключе­нием различных добавочных резисторов. Частотный диапазон от 0 до 2—3 кГц. Класс точности: 0,1—0,5 для электродинамиче­ских и 1,5—2,5 для ферромагнитных.

Мощность также может измеряться косвенно, с помощью амперметра и вольтметра с последующим перемножением ре­зультатов. На этом же принципе основано действие цифровых ваттметров.

Существуют модификации ватгметров для измерения мощ­ности в трехфазных цепях.

Измерение электрической энергии. Осуществляется в основном индукционными измерительными приборами. В последние годы широкое распространение получили цифровые счетчики энер­гии, основанные на принципе амперметра-вольтметра с после­дующим интегрированием результата перемножения по времени.

Измерение параметров электрических цепей

Измерительные мосты. Одинарные мосты постоянного тока предназначены для измерения сопротивлений значением от 10 Ом и более. Схема одинарного моста приведена на рис. 1.11.

Диагональ, обозначенная на рисунке bcl, называется диагона­лью питания. В нес включен источник питания (батарея) G. Диагональ ас называется измерительной диагональю. В нее включен указатель равновесия (гальванометр) Р. Условия равно­весия моста:

В качестве практического примера приведены параметры моста Р-369. Диапазон измеряемых сопротивлений: 10"4......1,11111 • Ю"1 Ом. Класс точности в диапазоне до 1(Г3 Ом — 1 и при измерении сопротивлений от 1 до 103 Ом класс точно­сти - 0,005.

Для точных измерений сопротивлений малой величины при­меняют двойные мосты постоянного тока. Схема двойного моста представлена на рис. 1.12.

В процессе измерения измеряемое сопротивление Rx сравни­вается с образцовым сопротивлением /?0. Сопротивление неиз­вестного резистора в случае равновесия моста можно выразить следующим образом:

Двойные мосты позволяют измерять сопротивления в диапа­зоне 10_s 1,11111 • 1010 Ом.

Мосты переменного тока применяются для измерения как активных, так и реактивных сопротивлений (емкостных и ин­дуктивных). В качестве элементов моста в этом случае могут ис­пользоваться реактивные элементы — емкости и индуктивности. Уравнения равновесия записываются по аналогии с мостами по­стоянного тока.

В последние годы для измерений параметров электрических цепей часто применяют автоматические мосты и компенсаторы, в которых процесс уравновешивания моста происходит автома­тически (с помощью реверсивного двигателя или электронной схемы). Особенно актуально применение автоматических мостов в высокоточных цифровых измерительных устройствах

Измерение сопротивлений. Сопротивление постоянному току измеряется как приборами непосредственной оценки — оммет­рами, так и мостами. Омметры чаще всего выполняют на основе магнитоэлектрического механизма. Диапазон измерений оммет­ров: от десятитысячных долей ома до сотен мегаом. Погрешность измерения омметров обычно от 1 до нескольких процентов, но резко возрастает на краях шкалы. Широкое распространение в последнее время получили цифровые многопредельные оммет­ры, чаще всего входящие в состав универсальных цифровых из­мерительных приборов. Наиболее точно сопротивление можно измерить с помощью мостов постоянного тока.

Измерение емкости и индуктивности. Производится в основ­ном с помощью мостов переменного тока с частотами питания 100—1000 Гц. Чаще всего мосты для измерения сопротивления, емкости и индуктивности совмещаются в одном приборе — уни­версальном измерительном мосте. Такие приборы могут изме­рять индуктивность от долей микрогенри до тысяч генри, ем­кость — от сотых долей пикофарад до тысяч микрофарад. По­грешность универсальных мостов обычно не превышает сотых долей процента.

1.4. Нормирование метрологических характеристик средств измерений

Под нормированием понимается установление границ на до­пустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посред­ством нормирования метрологических характеристик можно до­биться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измере­ний в государстве.

Реальные значения метрологических характеристик опреде­ляют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установлен­ные границы, то такое средство измерений либо подвергают ре­гулировке, либо изымают из обращения.

Нормы на значения метрологических характеристик устанав­ливаются стандартами на отдельные виды средств измерения. При этом делается различие между нормальными и рабочими условиями применения средств измерения.

Нормальными считаются такие условия применения средств измерений, при которых влияющие на процесс измерения вели­чины (температура, влажность, частота, напряжение питания, внешние магнитные поля и т. д.), а также неинформативные па­раметры входных и выходных сигналов находятся в нормальной для данных средств измерений области значений, т. е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области значений влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с норми­рованными отклонениями, например, температура должна со­ставлять 20 ± 2 °С, напряжение питания — 220 В ± 10% или в форме интервалов значений (влажность 30—80 %).

Рабочая область значений влияющих величин шире нормаль­ной области значений. В ее пределах метрологические характе­ристики существенно зависят от влияющих величин, однако их изменения нормируются стандартами на средства измерений в форме функций влияния или наибольших допустимых измене­ний. За пределами рабочей области метрологические характери­стики принимают неопределенные значения.

Для нормальных условий эксплуатации средств измерений должны нормироваться характеристики суммарной погрешности и се систематической и случайной составляющих. Суммарная погрешность А средств измерений в нормальных условиях экс­плуатации называется основной погрешностью и нормируется за­данием предела допускаемого значения Дд, т. е. того наибольше­го значения, при котором средство измерений еще может быть признано годным к применению.

Перечисленные выше метрологические характеристики сле­дует нормировать не только для нормальной, но и для всей рабо­чей области эксплуатации средств измерений, если их колебания, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неин­формативных параметров входного сигнала в пределах рабочей области, существенно меньше номинальных значений. В против­ном случае эти характеристики нормируются только для нормаль­ной области, а в рабочей области — дополнительные погрешно­сти путем задания функций влияния или наибольших допус­тимых изменений Д/(%) раздельно для каждого влияющего фактора; в случае необходимости — и для совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются форму­лой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функ­ции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

Для используемых по отдельности средств измерений, точ­ность которых заведомо превышает требуемую точность измере­ний, нормируются только пределы Дд допускаемого значения суммарной погрешности и наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик. Если же точность средств изме­рений соизмерима с требуемой точностью измерений, то необ­ходимо нормировать раздельно характеристики систематической и случайной погрешности и функции влияния. Только с их по­мощью можно найти суммарную погрешность в рабочих услови­ях применения средств измерений.

Динамические характеристики нормируются путем задания номинального дифференциального уравнения или передаточ­ной, переходной, импульсной весовой функции. Одновременно нормируются наибольшие допустимые отклонения динамиче­ских характеристик от номинальных.

Классы точности средств измерений

Класс точности — это обобщенная характеристика средств из­мерений, определяемая пределами допускаемых основных и до­полнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений.

Классы точности регламентируются стандартами на отдель­ные виды средств измерений с использованием метрологических характеристик и способов их нормирования, изложенных в пре­дыдущей главе.

Стандарт не распространяется на средства измерений, для которых предусматриваются раздельные нормы на систематиче­скую и случайные составляющие, а также на средства измере­ний, для которых нормированы номинальные функции влияния, а измерения проводятся без введения поправок на влияющие ве­личины. Классы точности не устанавливаются и на средства из­мерений, для которых существенное значение имеет динамиче­ская погрешность.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности могут задаваться либо в виде одночленной формулы

либо в виде двухчленной формулы

где Д и х выражаются одновременно либо в единицах измеряе­мой величины, либо в делениях шкалы измерительного прибора.

Более предпочтительным является задание пределов допус­каемых погрешностей в форме приведенной или относительной погрешности.

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности нормируются в виде одночленной формулы

где число р = 1 • 10", 1,5 • 10", 2 • 10", 2,5 • 10", 4 • 10", 5 • 10", 6 • 10" («=1,0,-1,-2,...)•

Пределы допускаемой относительной основной погрешности могут нормироваться либо одночленной формулой

либо двухчленной формулой

где Хк — конечное значение диапазона измерений или диапазона значений воспроизводимой многозначной мерой величины, а постоянные числа q, с и d выбираются из того же ряда, что и число р.

В обоснованных случаях пределы допускаемой абсолютной или относительной погрешности можно нормировать по более сложным формулам или даже в форме графиков или таблиц.

Средствам измерений, пределы допускаемой основной по­грешности которых задаются относительной погрешностью по одночленной формуле (1.24), присваивают классы точности, вы­бираемые из ряда чисел р и равные соответствующим пределам в процентах. Так, для средства измерений с 8 = 0,002 класс точно­сти обозначается 0,2.

Если пределы допускаемой основной относительной по­грешности выражаются двухчленной формулой, то класс точно­сти обозначается как c/d, где числа с и d выбираются из того же ряда, что и р, но записываются в процентах. Так, измерительный прибор класса точности 0,02/0,01 характеризуется пределами до­пускаемой основной относительной погрешности, %:

Классы точности обозначаются римскими цифрами или бук­вами латинского алфавита для средств измерений, пределы до­пускаемой погрешности которых задаются в форме графиков, таблиц или сложных функций входной, измеряемой или воспро­изводимой величины. К буквам при этом допускается присоеди­нять индексы в виде арабской цифры.

Чем меньше пределы допускаемой погрешности, тем ближе к началу алфавита должна быть буква и тем меньше цифра. Не­достатком такого обозначения класса точности является его чис­то условный характер.

В заключение данного раздела следует отметить, что никакое нормирование погрешностей средств измерений само по себе не может обеспечить единства измерений.

Для достижения единства измерений необходима регламен­тация самих методик проведения измерений.

Регулировка и градуировка средств измерений

Используя методы теории точности, всегда можно найти та­кие допуски на параметры элементов измерительного прибора, соблюдение которых гарантировало бы и без регулировки полу­чение их с погрешностями, меньшими допустимых пределов. Однако во многих случаях эти допуски оказываются настолько малы, что изготовление прибора с заданными пределами допус­каемых погрешностей становится технологически неосуществи­мым. Выйти из положения можно двумя путями: во-первых, расширить допуски на параметры некоторых элементов прибо­ров и ввести в его конструкцию дополнительные регулировоч­ные узлы, способные компенсировать влияние отклонений этих параметров от их номинальных значений, а во-вторых, осущест­вить специальную градуировку измерительного прибора.

В большинстве случаев в измерительном приборе можно найти или предусмотреть такие элементы, вариация параметров которых наиболее заметно сказывается на его систематической погрешности, главным образом погрешности схемы, аддитивной и мультипликативной погрешностях.

В общем случае в конструкции измерительного прибора должны быть предусмотрены два регулировочных узла: регули­ровка нуля и регулировка чувствительности.

Регулировкой нуля уменьшают влияние аддитивной погреш­ности, постоянной для каждой точки шкалы, а регулировкой чув­ствительности — мультипликативные погрешности, меняющие­ся линейно с изменением измеряемой величины. При правиль­ной регулировке нуля и чувствительности уменьшается влияние погрешности схемы прибора. Кроме того, некоторые приборы снабжаются устройствами для регулировки погрешности схемы.

После регулировки нуля, т. е. устранения аддитивной по­грешности, систематическая погрешность обращается в нуль на нижнем пределе измерения, а в диапазоне измерения принимает значения, являющиеся случайной функцией АС(Х) измеряемой величины.

Более высокими метрологическими характеристиками обла­дают измерительные приборы, имеющие узел регулировки чув­ствительности. Наличие такой регулировки позволяет поворачи­вать статическую характеристику, что открывает большие воз­можности для снижения погрешности схемы и, главным образом, мультипликативной погрешности. Так, одновременной регулировкой нуля и чувствительности можно свести системати­ческую погрешность к нулю сразу в нескольких точках шкалы прибора. От правильности выбора таких точек зависят значения оставшихся после регулировки систематических погрешностей в других точках шкалы.

Теория регулировки должна дать ответ на вопрос, какие точ­ки шкалы следует выбрать в качестве точек регулировки. Однако общего решения этой задачи еще не найдено. Трудность реше­ния усугубляется тем, что положение этих точек на шкале опре­деляется не только схемой и конструкцией прибора, но и техно­логией изготовления его элементов и узлов.

На практике в качестве точек регулировки принимают на­чальное и конечное, среднее и конечное или начальное, среднее и конечное значения измеряемой величины в диапазоне измере­ния. При этом значения систематической погрешности близки к минимально возможным, поскольку в действительности точки регулировки часто располагаются близко к началу, середине или концу шкалы.

Таким образом, под регулировкой средств измерений понима­ется совокупность операций, имеющих целью уменьшить основ­ную погрешность до значений, соответствующих пределам ее до­пускаемых значений путем компенсации систематической со­ставляющей погрешности средств измерений, т. е. погрешности схемы, мультипликативной и аддитивной погрешностей.

Градуировкой называется процесс нанесения отметок на шка­лы средств измерений, а также определение значений измеряе­мой величины, соответствующих уже нанесенным отметкам для составления градуировочных кривых или таблиц.

Различают следующие способы градуировки.

Использование типовых шкал. Для подавляющего большин­ства рабочих и многих образцовых приборов используют типо­вые шкалы, которые изготовляются заранее в соответствии с уравнением статической характеристики идеального прибора. Если статическая характеристика линейна, то шкала оказывается равномерной. При регулировке параметрам элементов прибора экспериментально придают такие значения, при которых по­грешность в точках регулировки становится равной нулю.

Индивидуальная градуировка шкал. Индивидуальную гра­дуировку шкал осуществляют в тех случаях, когда статическая характеристика прибора нелинейна или близка к линейной, но характер изменения систематической погрешности в диапазоне измерения случайным образом меняется от прибора к прибору данного типа (например, вследствие разброса нелинейности ха­рактеристик чувствительного элемента) так, что регулировка не позволяет уменьшить основную погрешность до пределов ее до­пускаемых значений.

Индивидуальную градуировку проводят в следующем порядке.

На предварительно отрегулированном приборе устанавлива­ют циферблат с еще не нанесенными отметками. К измеритель­ному прибору подводят последовательно измеряемые величины нескольких, наперед заданных или выбранных значений. На ци­ферблат наносят отметки, соответствующие положениям указа­теля при этих значениях измеряемой величины, а расстояния между отметками делят на равные части.

При индивидуальной градуировке систематическая погреш­ность уменьшается во всем диапазоне измерения, а в точках, по­лученных при градуировке, она достигает значения, равного по­грешности обратного хода.

Градуировка условной шкалы. Условной называется шкала, снабженная некоторыми условными равномерно нанесенными делениями, например через миллиметр или угловой градус. Гра­дуировка шкалы состоит в определении с помощью образцовых мер или измерительных приборов значений измеряемой величи­ны. В результате определяют зависимость числа делений шкалы, пройденных указателем, от значений измеряемой величины. Эту зависимость представляют в виде таблицы или графика. Если необходимо избавиться и от погрешности обратного хода, гра­дуировку осуществляют раздельно при прямом и обратном ходе.

Калибровка средств измерений

По мере продвижения вверх по поверочной схеме от рабочих мер и измерительных приборов к эталонам неизбежно сокраща­ется число мер, различных по номинальному значению. Поэто­му на некоторой ступени поверочной схемы иногда разность но­минальных значений поверяемой и ближайшей к ней по разряду исходной меры превышает диапазон измерения измерительного прибора соответствующей данному разряду точности. В этих случаях поверка осуществляется способом калибровки.

Калибровка — способ поверки измерительных средств, за­ключающийся в сравнении различных мер, их сочетаний или от­меток шкал в различных комбинациях и вычислении по резуль­татам сравнений значений отдельных мер или отметок шкалы исходя из известного значения одной из них.

В результате сравнения получают систему уравнений, решив которую находят действительные значения мер. Если число уравнений равно числу поверяемых мер, то действительные зна­чения мер и погрешности их аттестации находят с помощью ме­тодов обработки результатов косвенных измерений. Однако для повышения точности аттестации мер стремятся увеличить число уравнений, и тогда действительные значения мер определяют по схеме обработки результатов совокупных измерений.

Общие методы измерений

Для точных измерений величин в метрологии разработаны приемы использования принципов и средств измерений, приме­нение которых позволяет исключить из результатов измерений ряд систематических погрешностей и тем самым освобождает экспериментатора от необходимости определять многочислен­ные поправки для их компенсации, а в некоторых случаях вооб­ще является предпосылкой получения сколько-нибудь достовер­ных результатов. Многие из этих приемов используют при изме­рении только определенных величин, однако существуют и некоторые общие приемы, названные методами измерения.

Наиболее просто реализуется метод непосредственной оцен­ки, заключающийся в определении значения непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого дей­ствия, например взвешивание на циферблатных весах, определе­ние размера детали с помощью микрометра или измерение дав­ления пружинным манометром.

Измерения с помощью этого метода проводятся очень быст­ро, просто и не требуют высокой квалификации оператора, по­скольку не нужно создавать специальные измерительные уста­новки и выполнять какие-либо сложные вычисления. Однако точность измерений чаще всего оказывается невысокой из-за погрешностей, связанных с необходимостью градуировки шкал приборов и воздействием влияющих величин (непостоянство температуры, нестабильность источников питания и пр.).

При проведении наиболее точных измерений предпочтение отдается различным модификациям метода сравнения с мерой, при котором измеряемую величину находят сравнением с вели­чиной, воспроизводимой мерой. Результат измерения либо вы­числяют как сумму значения используемой для сравнения меры и показания измерительного прибора, либо принимают равным значению меры.

Метод сравнения с мерой, заключающийся в том, что изме­ряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновре­менно воздействуют на измерительный прибор сравнения, с по­мощью которого устанавливается соотношение между ними, на­зывается методом противопоставления. Примером этого метода является взвешивание груза на равноплечих весах, когда изме­ряемая масса определяется как сумма массы гирь, ее уравнове­шивающих. Применение метода противопоставления позволяет значительно уменьшить воздействие на результаты измерений влияющих величин, поскольку они более или менее одинаково искажают сигналы измерительной информации как в цепи пре­образования измеряемой величины, так и в цепи преобразова­ния величины, воспроизводимой мерой. Отсчетное устройство прибора сравнения реагирует на разность сигналов, вследствие чего эти искажения в некоторой степени компенсируют друг Друга.

Разновидностью метода сравнения с мерой является также нулевой метод измерения, который состоит в том, что подбором размера воспроизводимой мерой величины или путем ее прину­дительного изменения эффект воздействия сравниваемых вели­чин на прибор сравнения доводят до нуля. В этом случае ком­пенсация воздействий влияющих величин оказывается более полной, а значение измеряемой величины принимается равным значению меры.

При дифференциальном методе измерения на измеритель­ный прибор (не обязательно прибор сравнения) подается непо­средственно разность измеряемой величины и величины, вос­производимой мерой. Этот метод может быть использован, ко­нечно, только в тех случаях, когда просто и точно реализуется операция вычитания величин (длины, перемещения, электриче­ские напряжения). Дифференциальный метод неприменим при измерении таких величин, как температура или твердость тел.

К разновидностям метода сравнения с мерой относится и метод замещения, широко применяемый в практике точных мет­рологических исследований. Сущность метода в том, что изме­ряемая величина замещается в измерительной установке неко­торой известной величиной, воспроизводимой мерой. Замеще­ние может быть полным или неполным, в зависимости от этого говорят о методе полного или неполного замещения. При пол­ном замещении показания не изменяются, и результат измерения принимается равным значению меры. При неполном замещении для получения значения измеряемой величины к значению меры следует прибавить величину, на которую изменилось по­казание прибора.

Преимущество метода замещения — в последовательном во времени сравнении измеряемой величины и величины, воспро­изводимой мерой. Благодаря тому, что обе эти величины вклю­чаются одна за другой в одну и ту же часть измерительной цепи прибора, точностные возможности измерений значительно по­вышаются по сравнению с измерениями, проводящимися с по­мощью других разновидностей метода сравнения, где несиммет­рия цепей, в которые включаются сравниваемые величины, при­водит к возникновению систематических погрешностей. Способ замещения применяется при электрических измерениях с помо­щью мостов переменного тока, условие равновесия которых оп­ределяется не только значениями величин, воспроизводимых элементами плеч моста, но также и влиянием паразитных токов, емкостей, индуктивностей и рядом других факторов. Эти причи­ны вызывают появление погрешностей, которые могут быть ис­ключены, если проводить измерения методом замещения. Для этого вначале мост уравновешивается с включенной в его цепь измеряемой величиной, которая затем замещается известной ве­личиной, и мост уравновешивается вновь. Если при этом ника­ких изменений ни в мосте, ни во внешних условиях не происхо­дит, то указанные выше погрешности исключаются почти пол­ностью.

Одним из общих методов измерений является метод совпаде­ний, представляющий собой разновидность метода сравнения с мерой. При проведении измерений методом совпадений раз­ность между измеряемой величиной и величиной, воспроизво­димой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

По принципу метода совпадений построен нониус, входя­щий в состав ряда измерительных приборов. Так, например, шкала нониуса штангенциркуля имеет десять делений через 0,9 мм. Когда нулевая отметка шкалы нониуса оказывается меж­ду отметками основной шкалы штангенциркуля, это означает, что к целому числу миллиметров необходимо добавить число де­сятых долей миллиметра, равное порядковому номеру совпадаю­щей отметки нониуса.

В рамках перечисленных выше методов измерений в метро­логической практике и в общем приборостроении часто приме­няются специальные приемы для исключения самих источников систематических погрешностей или их компенсации. Рассмот­рим наиболее употребительные из этих приемов.

Параметрическая стабилизация очень широко применяется при ответственных измерениях. Этот прием используют для под­держания в заданных пределах температуры и влажности окру­жающей среды, напряжения питания и др. Наиболее распро­странены такие способы параметрической стабилизации, как термостатирование приборов, защита от воздействия вибраций, использование эффективных стабилизаторов в цепях электропи­тания приборов, экранирование приборов для защиты их от воз­действия посторонних электрических, магнитных, радиацион­ных и других полей. Применение этих способов иногда позволя­ет избежать введения в результаты измерения поправок.

Способ компенсации постоянных и периодических погрешностей по знаку. При реализации этого способа процесс измерения стро­ится таким образом, что постоянная систематическая погреш­ность входит в результат измерения один раз с одним знаком, а другой раз — с другим. Тогда среднее из двух полученных резуль­татов оказывается свободным от постоянной погрешности.

Способ вспомогательных измерений применяется в тех случа­ях, когда воздействие влияющих величин на результаты измере­ний вызывает большие погрешности измерений.

Тогда идут на заведомое усложнение схемы измерительной установки, включая в нее элементы, воспринимающие значение влияющих величин, автоматически вычисляющие соответствую­щие поправки и вносящие их в полезные сигналы, которые по­ступают на отсчетные или регулирующие устройства.

Способ вспомогательных измерений в большой степени от­носится к инструментальным методам борьбы с систематически­ми погрешностями, поэтому в рамках данной книги не рассмат­ривается.

Вообще следует заметить, что многие из приведенных методов и приемов исключения систематических погрешностей в настоя­щее время все в большей степени реализуются схемами самих из­мерительных средств. В результате разработка методологии изме­рений приобретает все большее значение непосредственно для проектирования измерительной аппаратуры.

1.5. Организация метрологического контроля

Государственная система обеспечения

единства измерений

Решение важнейших научно-технических задач, в том числе проблемы обеспечения качества продукции, в значительной сте­пени зависит от достижения единства и достоверности изме­рений.

В первой части данного пособия отмечалось, что единство из­мерений — состояние измерительного процесса, при котором ре­зультаты всех измерений выражаются в одних и тех же узаконен­ных единицах измерения и оценка их точности обеспечивается с гарантированной доверительной вероятностью. В применявшихся до недавнего времени сравнительно простых методах измерений погрешность результатов измерений почти полностью определя­лась погрешностями средств измерений. Поэтому для достижения единства измерений было достаточно обеспечить единообразие средств измерений, т. е. такое состояние средств измерений, когда они проградуированы в узаконенных единицах измерений, а их метрологические свойства соответствуют нормам.

Существуют принципы обеспечения единства измерений, к основным из которых относятся:

применение только узаконенных единиц физических вели­чин (ФВ);

воспроизведение ФВ с помощью государственных эталонов;

применение узаконенных средств измерений, которые про­шли государственные испытания и которым переданы раз­меры единиц ФВ от государственных эталонов;

обязательный периодический контроль через установленные промежутки времени характеристик применяемых средств измерений;

гарантия обеспечения необходимой точности измерений при использовании поверенных средств измерений и атте­стованных методик выполнения измерений;

использование результатов измерений только при условии оценки их погрешности с заданной вероятностью;

систематический контроль за соблюдением метрологиче­ских правил и норм, государственный надзор и ведомст­венный контроль за средствами измерений.

Для реализации этих принципов созданы необходимые науч­ная, техническая и организационная основы.

Цели, задачи и содержание метрологического

обеспечения (МО)

Из необходимости обеспечения единства и требуемой точно­сти измерений формулируются задачи МО всех видов метроло­гической деятельности на общегосударственном и ведомствен­ном уровнях.

К основным задачам МО на предприятиях относятся:

проведение анализа состояния измерений, разработка и осуществление мероприятий по совершенствованию МО на предприятии;

установление рациональной номенклатуры измеряемых па­раметров и оптимальных норм точности измерений, вне­дрение современных методик выполнения измерений, ис­пытаний и контроля;

внедрение стандартов, регламентирующих нормы точности измерений;

проведение метрологической экспертизы нормативно-тех­нической, конструкторской и технологической докумен­тации;

поверка и метрологическая аттестация средств измерений (СИ);

контроль за производством, состоянием, применением и ремонтом СИ.

Ответственность за состояние и применение средств измере­ний на предприятиях несут инженеры, эксплуатирующие эти средства, а в организации — руководитель организации.

Система эталонов единиц ФВ

Единство измерений достигается точным воспроизведением, хранением установленных единиц ФВ и передачей их размеров всем рабочим средствам измерений (РСИ) с помощью эталонов и образцовых средств измерений. Высшим звеном в метрологи­ческой цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны.

Создание, хранение и применение эталонов, контроль за их состоянием подчиняются единым правилам, установленным ГОСТ «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения» и ГОСТ «ГСИ. Эталоны единиц физических вели­чин. Порядок разработки, утверждения, регистрации, хранения и применения».

Эталон единицы — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и хране­ние единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по по­верочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном по­рядке в качестве эталона.

Воспроизведение единиц в зависимости от технико-эконо­мических требований производится двумя способами.

Первый способ — централизованный — с помощью единого для всей страны или группы стран государственного эталона. Централизованно воспроизводятся все основные единицы и большая часть производных.

Второй способ воспроизведения — децентрализованный — применим к производным единицам, размер которых не может передаваться прямым сравнением с эталоном и обеспечивать не­обходимую точность (например, единица площади — квадрат­ный метр).

Эталоны по подчиненности подразделяют на первичные (ис­ходные) и вторичные (подчиненные) и имеют следующую клас­сификацию.

Первичные эталоны воспроизводят и хранят единицы и пере­дают их размеры с наивысшей точностью, достижимой в данной области измерений. Первичные эталоны в зависимости от усло­вий воспроизведения единицы могут иметь разновидность — специальные первичные эталоны (далее — специальные). Специ­альные эталоны воспроизводят единицы в условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с тре­буемой точностью технически неосуществима (ВЧ и СВЧ, малые и большие энергии и т. п.). Первичные и специальные эталоны утверждают в качестве государственных эталонов. Ввиду особой важности государственных эталонов и для придания им силы за­кона на каждый государственный эталон утверждается ГОСТ.

Вторичные эталоны: эталоны-копии предназначены для пере­дачи размера единицы рабочим эталонам; эталоны сравнения — для взаимного сравнения эталонов, которые не удается сличить непосредственно; рабочие эталоны — для поверки образцовых средств измерений (ОСИ) и наиболее точных РСИ.

Государственные эталоны создает, утверждает, хранит и при­меняет Государственный комитет по стандартам, вторичные — министерства и ведомства.

В настоящее время стандартом установлен многоступенча­тый порядок передачи размеров единицы физической величины от государственного эталона всем РСИ данной физической ве­личины с помощью вторичных эталонов и ОСИ различных раз­рядов от наивысшего первого к низшим и от ОСИ к РСИ. Пе­редача размера осуществляется различными методами поверки, по существу известными методами измерений. Передача разме­ра через каждую ступень сопровождается потерей точности, од­нако многоступенчатость позволяет сохранять эталоны и пере­давать размер единицы всем PC И. Образцовые средства измере­ний, как известно, используются для периодической передачи размеров единиц в процессе поверки СИ и эксплуатируются только в подразделениях метрологической службы. Определение разряда ОСИ производится в ходе их метрологической аттеста­ции органом Государственного комитета по стандартам. В том же порядке особо точные СИ, изготовленные как рабочие, мо­гут быть аттестованы на определенный срок как образцовые, а ОСИ, не прошедшие очередной метрологической аттестации, — как рабочие.

Метрологический надзор за средствами измерений

В основе обеспечения единообразия средств измерений ле­жит система передачи размера единицы измеряемой величины. Технической формой надзора за единообразием средств измере­ний является государственная (ведомственная) поверка средств измерений, устанавливающая их метрологическую исправность.

Достоверная передача размера единиц во всех звеньях метро­логической цепи от эталонов или от исходного образцового сред­ства измерений к рабочим средствам измерений производится в определенном порядке, приведенном в поверочных схемах.

Поверочная схема — это утвержденный в установленном по­рядке документ, регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государст­венного эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам.

Различают государственные, ведомственные и локальные по­верочные схемы органов государственной или ведомственных метрологических служб.

Государственная поверочная схема распространяется на все СИ данной ФВ, применяемые в стране, например, на средства измерений электрического напряжения в определенном диапа­зоне частот. Устанавливая многоступенчатый порядок передачи размера единицы ФВ от государственного эталона, требования к средствам и методам поверки, государственная поверочная схема представляет собой как бы структуру МО определенного вида измерений в стране. Эти схемы разрабатываются главными цен­трами эталонов и оформляются одним ГОСТом ГСИ.

Ведомственная поверочная схема разрабатывается органом ве­домственной метрологической службы, согласовывается с глав­ным центром эталонов — разработчиком государственной пове­рочной схемы средств измерений данной ФВ и распространяется только на СИ, подлежащие внутриведомственной поверке.

Локальные поверочные схемы распространяются на РСИ, подлежащие поверке в данном метрологическом подразделении на предприятии, имеющем право поверки средств измерений и оформляются в виде стандарта предприятия. Ведомственные и локальные поверочные схемы не должны противоречить госу­дарственным и должны учитывать их требования применительно к специфике конкретного министерства или предприятия.

Виды поверок и способы их выполнения

Одной из главных форм государственного метрологического надзора и ведомственного контроля, направленных на обеспече­ние единства измерений в стране, как указывалось ранее, явля­ется поверка СИ. Поверке подвергаются СИ, выпускаемые из производства и ремонта, получаемые из-за рубежа, а также нахо­дящиеся в эксплуатации и хранении. Основные требования к организации и порядку проведения поверки СИ установлены ГОСТ «ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и поря­док проведения». Термин «поверка» введен ГОСТ «ГСИ. Метро­логия. Термины и определения» как «определение метрологиче­ским органом погрешностей средства измерений и установление его пригодности к применению». В отдельных случаях при по­верке вместо определения значений погрешностей проверяют, находится ли погрешность в допустимых пределах. Таким обра­зом, поверку СИ проводят для установления их пригодности к применению. Пригодными к применению в течение определен­ного межповерочного интервала времени признают те СИ, по­верка которых подтверждает их соответствие метрологическим и техническим требованиям к данному СИ. Средства измерений подвергают первичной, периодической, внеочередной, инспек­ционной и экспертной поверкам.

Первичной поверке подвергаются СИ при выпуске из произ­водства или ремонта, а также СИ, поступающие по импорту.

Периодической поверке подлежат СИ, находящиеся в экс­плуатации или на хранении, через определенные межповероч­ные интервалы, установленные с расчетом обеспечения пригод­ности к применению СИ на период между поверками.

Инспекционную поверку производят для выявления пригод­ности к применению СИ при осуществлении госнадзора и ве­домственного метрологического контроля за состоянием и при­менением СИ.

Экспертную поверку выполняют при возникновении спор­ных вопросов по метрологическим характеристикам (MX), ис­правности СИ и пригодности их к применению.

Метрологическая аттестация — это комплекс мероприятий по исследованию метрологических характеристик и свойств сред­ства измерений с целыо принятия решения о пригодности его применения в качестве образцового. Обычно для метрологиче­ской аттестации составляют специальную программу работ, ос­новными этапами которых являются: экспериментальное опреде­ление метрологических характеристик; анализ причин отказов; установление межповерочного интервала и др. Метрологическую аттестацию средств измерений, применяемых в качестве образ­цовых, производят перед вводом в эксплуатацию, после ремонта и при необходимости изменения разряда образцового средства измерений. Результаты метрологической аттестации оформляют соответствующими документами (протоколами, свидетельства­ми, извещениями о непригодности средства измерений).

Особенности применяемых видов средств измерений опреде­ляют методы их поверки.

В практике поверочных лабораторий известны разнообраз­ные методы поверки средств измерений, которые для унифика­ции сводятся к следующим:

непосредственное сличение с помощью компаратора (т. е. с помощью средств сравнения);

метод прямых измерений;

метод косвенных измерений;

метод независимой поверки (т. е. поверки средств измере­ний относительных величин, не требующий передачи раз­меров единиц).

Средства измерений, состоящие из нескольких частей (эле­ментов), можно поверять поэлементно или комплектно. При по­элементной поверке погрешности средства измерений определя­ют по погрешности составных частей. Этот вид поверки являет­ся расчетно-экспериментальным и, как правило, применяется для сложных приборов, для которых отсутствуют образцовые средства измерений, позволяющие определять погрешность во всем диапазоне измерений. Например, поэлементная поверка практикуется для различных измерительных магазинов, измери­тельных линий, информационных измерительных систем и т. д.

При комплектной поверке определяют погрешности средства измерений в целом для всего измерительного прибора или изме­рительной системы. Этот вид поверки является более информа­тивным и достоверным. Его целесообразно применять для средств измерений, в которых влияние взаимодействия состав­ных компонентов на метрологические характеристики трудно оценить заранее.

Поверку измерительных систем проводят государственные метрологические органы, называемые Государственной метроло­гической службой.

Деятельность Государственной метрологической службы на­правлена на решение научно-технических проблем метрологии и осуществление необходимых законодательных и контрольных функций, таких как установление допущенных к применению единиц физических величин; создание образцовых средств изме­рений, методов и средств измерений высшей точности; разра­ботка общесоюзных поверочных схем; определение физических констант; разработка теории измерений, методов оценки по­грешностей и другие.

Задачи, стоящие перед Государственной метрологической службой, решаются с помощью Государственной системы обес­печения единства измерений (ГСИ).

Государственная система обеспечения единства измерений яв­ляется нормативно-правовой основой метрологического обеспе­чения научной и практической деятельности в части оценки и обеспечения точности измерений. Она представляет собой ком­плекс нормативно-технических документов, устанавливающих единую номенклатуру, способы представления и оценки метро­логических характеристик средств измерений, правила стандар­тизации и аттестации выполнения измерений, оформления их результатов, требования к проведению государственных испыта­ний, поверки и экспертизы средств измерений.

Основными нормативно-техническими документами госу­дарственной системы обеспечения единства измерений являются государственные стандарты. На основе этих базовых стандартов разрабатываются нормативно-технические документы, конкре­тизирующие общие требования базовых стандартов к различным производствам, областям измерений и методикам выполнения измерений.

Достоверность поверки

Совершенство системы метрологического надзора за единст­вом средств измерений определяется качеством поверки. Одной из важнейших характеристик качества поверки является досто­верность. Эта характеристика процесса измерительного контроля отражает степень доверия к полученным после поверки резуль­татам. На се формирование влияет большое количество факто­ров. Наиболее существенными из них являются точность изме­рительного контроля, полнота контроля поверяемых параметров, временные показатели поверки, надежность поверяемых и об­разцовых средств измерений, методика операций поверки, спо­собы регистрации и обработки измерительной информации, на­личие системы самоконтроля.

Для решения задачи обеспечения достоверности поверки созданы комплексы правил, регламентирующих порядок подго­товки, выполнения и обработки результатов измерений, а также эталонная база и комплекс образцовых средств измерений.

Определение объема поверочных работ

Под объемом поверочных работ понимают совокупное число основных поверочных операций (без подготовительных), в ре­зультате выполнения которых можно сделать вывод о пригодно­сти прибора к применению.

Объем поверки зависит от числа поверяемых метрологиче­ских характеристик; числа поверяемых отметок в диапазоне изме­рений; числа измерений в каждой поверяемой отметке. Первое число определяется числом измерительных функций прибора; второе — характером измерения поверяемой метрологической ха­рактеристики; третье — возможным разбросом случайной состав­ляющей погрешности прибора.

Нормативные документы на разработку методик по поверке средств измерений требуют определять минимум поверяемых метрологических характеристик, достаточный для решения вопроса о пригодности поверяемых средств измерений к приме­нению.

Анализ существующих подходов к определению состава по­веряемых параметров показал, что наиболее распространены способы, основанные на обеспечении апостериорной надежно­сти контролируемых технических систем. Однако при этом труд­но определять характеристики надежности анализируемых пара­метров на этапе разработки средства измерений. Поэтому объем операций при первичной поверке, как правило, больше, чем при периодической поверке прибора.

Установленные научно-технической документацией (НТД) объемы поверочных работ являются, как правило, значительны­ми, требуют больших трудозатрат и длительного изъятия средств измерений из обращения, что влияет на снижение готовности устройств к применению, а следовательно, и на их эффектив­ность.

Поверка средств измерений в полном объеме, установлен­ном НТД, в ряде случаев становится неоправданной. Так, из опыта эксплуатации конкретных средств измерений известно, что значительное число их не используется на всех диапазонах и пределах измерений и не все нормируемые метрологические ха­рактеристики необходимы при оценке точности выполняемых измерений. Это обусловлено некоторыми объективными причи­нами. Например, радиоизмерительные приборы в своем боль­шинстве являются многофункциональными, а электроизмери­тельные приборы класса точности 0,5 и выше — многопредель­ными.

Положительный эффект от введения поверки средств изме­рений по сокращенной программе выражается в следующем:

снижаются трудозатраты на поверочные работы и время изъятия средств измерений из сферы применения их по назначению; исключаются случаи браковки средств изме­рений на тех диапазонах и пределах измерений, а также по тем метрологическим характеристикам, которые практиче­ски не используются;

повышаются характеристики надежности за счет снижения случаев браковки средств измерений из-за неисправности комплектующих элементов и отдельных блоков, не участ­вующих в работе средств измерений на ограниченных диа­пазонах;

появляются возможности увеличения межповсрочных ин­тервалов;

уменьшается время восстановления и номенклатура требуе­мого для восстановления ЗИП (запасные части, инстру­менты и материалы);

обеспечивается возможность поверки средств измерений без демонтажа с технических устройств и автоматизация выполнения поверочных работ.

Недостатком поверки средств измерений по сокращенной программе является невозможность использования данных средств измерений на диапазонах, пределах измерений и с теми метрологическими характеристиками, поверка которых была ис­ключена. Поверка средств измерений по сокращенной программе не должна нарушать единства и требуемой точности измерений. Соблюдение этих условий обусловливает требование к методу оп­ределения сокращенной программы поверки средств измерений.

Программу сокращенной поверки следует составлять так, чтобы исходя из конкретных условий применения средств изме­рений объем поверки был минимальным и за межповерочный интервал обеспечивалась погрешность измерений, определяемая нормируемыми значениями соответствующих метрологических характеристик. Введение программы сокращенной поверки не должно приводить к созданию новой или дополнительной НТД на поверку средств измерений.

Исходя из специфики методов разработки программ сокра­щенной поверки целесообразно разделить средства измерений на широкодиапазонные, многопредельные и многоцелевые (комби­нированные).

К широкодиапазонным следует относить средства измерений, у которых область значений измеряемой (воспроизводимой) ве­личины расширена, вид измеряемой или воспроизводимой фи­зической величины (напряжение, ток, мощность и др.) фикси­рован, а параметры данной физической величины (частотный диапазон и др.) имеют расширенную область значений. К много­предельным относят средства, позволяющие измерять одноимен­ные физические величины на двух и более пределах; к многоце­левым (комбинированным) — средства, предназначенные для из­мерения ряда физических величин.

Как показал опыт поверки средств измерений по сокращен­ной программе, технико-экономический эффект от ее введения становится значительным и такая поверка целесообразна тогда, когда при эксплуатации широкодиапазонных средств измерений используется менее 3/4 рабочего диапазона измерений; при экс­плуатации многопредельных средств измерений не используется хотя бы один предел; при эксплуатации многоцелевых средств измерений не используется измерение хотя бы одной из физиче­ских величин.

1.6. Средства измерений и контроля

Современные технические устройства представляют собой совокупность большого числа так называемых «комплектующих изделий», объединенных электрическими, электронными, опто- электронными, механическими связями в узлы, блоки, системы, комплексы для решения тех или иных задач. Электронные авто­матизированные системы управления и другие устройства могут включать в себя тысячи, десятки и даже сотни тысяч комплек­тующих изделий. При этом изменения параметров (свойств) од­ного или нескольких изделий влияют на качество функциониро­вания других взаимодействующих, присоединенных изделий. Любое изделие имеет, к сожалению, не безграничный ресурс и срок службы. Его параметры с течением времени, раньше или позже, начинают изменяться постепенно, а иногда под влияни­ем внешних воздействий и скоротечно.

Наличие связей между элементами вызывает соответствую­щее изменение какого-то общего параметра совокупности со­единенных комплектующих изделий. При некотором уровне из­менения одного или нескольких параметров узел (блок, система, комплекс) теряет свою работоспособность. Чтобы предотвратить потерю работоспособности или восстановить утраченное качест­во технического устройства, необходимо количественно оценить его основные параметры или параметры его блоков, узлов, даже отдельных комплектующих изделий.

Параметры любых технических устройств, режимы их работы представляются наборами числовых значений совокупности фи­зических величин (электрических, линейно-угловых, тепловых, оптических, акустических и др.). Значения физических величин в данный момент работы технического устройства объективно существуют, но неизвестны, если их не измерить. Следователь­но, определение неизвестных числовых значений физических величин и является цслыо измерений.

Правильность определения значения измеряемой физиче­ской величины зависит от качества применяемых средств изме­рений, являющихся также техническими устройствами, способ­ными измерить ту или иную физическую величину с заранее из­вестной точностью.

В процессе эксплуатации радиоэлектронных комплексов, ав­томатизированных систем управления для поддержания работо­способности приходится периодически последовательно или од­новременно измерять большое число физических величин со значительными пределами изменения в широком диапазоне частот. Прежде всего, практически в каждом сеансе работы сложного технического устройства необходимо контролировать соответствие значений физических величин установленным зна­чениям или пределам (допускам). Подобный контроль парамет­ров и характеристик для определения возможности нормального функционирования технических устройств, связанный с нахож­дением значений физических величин, называется измеритель­ным. В ряде случаев нет необходимости определять (с заданной точностью) числовые значения физических величин: часто тре­буется фиксировать только наличие какого-либо сигнала или нахождение параметра в широком поле допуска (не меньше, не больше и т. д.). В таких случаях производится качественная оценка параметров технического устройства, а процесс оценки называется качественным контролем или просто контролем. При контроле часто применяют цветовую индикацию (цвет сигнала указывает оператору на соответствие параметра определенной границе). В ряде случаев для контроля применяют так называе­мые индикаторы — средства измерений с низкими точностными характеристиками.

Принципиальные различия между измерительным контро­лем и качественным заключается в следующем: в первом случае измеряемая физическая величина оценивается с заданной точ­ностью и в широком диапазоне се возможных значений (диапа­зоне измерений). Любое из полученных при измерении значе­ний физической величины всегда вполне определенно и может быть сопоставлено с заданным значением; во втором случае оце­ниваемая физическая величина может принимать любое значе­ние (в широком диапазоне ее возможных значений), которое яв­ляется неопределенным, за исключением одного (или двух), ко­гда значение физической величины становится равным верхней (нижней) границе поля допуска (этот момент сопровождается световым или другим сигналом). Если в качестве индикатора при контроле применяют средство измерений, то соответствую­щие значения физической величины получают вполне опреде­ленными, но без гарантии точности результата контроля, так как индикаторы не подлежат периодической поверке.

Метрологическое обеспечение при разработке, производстве

и эксплуатации технических устройств

Метрологическое обеспечение технических устройств пред­ставляет собой комплекс научно-технических и организацион­но-технических мероприятий, а также соответствующую деятель­ность учреждений и специалистов, направленные на обеспечение единства и точности измерений для достижения требуемых (пас­портных) характеристик функционирования технических уст­ройств. В настоящее время метрологическое обеспечение приня­то понимать в широком и в узком смысле. В широком смысле оно включает:

теорию и методы измерений, контроля, обеспечения точ­ности и единства измерений;

организационно-технические вопросы обеспечения единст­ва измерений, включая нормативно-технические докумен­ты (государственные стандарты, методические указания, технические требования и условия), регламентирующие по­рядок и правила выполнения работ.

В узком смысле под метрологическим обеспечением пони­мают:

надзор за применением законодательно установленной системы единиц физических величин; обеспечение единст­ва и точности измерений путем передачи размеров единиц физических величин от эталонов к образцовым средствам измерений и от образцовых к рабочим;

разработку и надзор за функционированием государствен­ных и ведомственных поверочных схем;

разработку методов измерений наивысшей точности и соз­дание на этой основе эталонов (образцовых средств изме­рений);

надзор за состоянием средств измерений в министерствах и ведомствах.

На разных этапах жизненного цикла технического устройст­ва его метрологическое обеспечение имеет ряд задач:

исследование параметров и характеристик технических уст­ройств для определения требований к объему, качеству и номенклатуре измерений и контроля;

выбор средств измерений и контроля из числа серийно вы­пускаемых. Если необходимых средств измерений не суще­ствует, задают требования на создание новых типов;

поверку применяемых средств измерений;

анализ технологических процессов с точки зрения опреде­ления номенклатуры и последовательности измеритель­но-контрольных операций, установления метрологических характеристик соответствующих средств измерений;

обеспечение производства серийно выпускаемыми средст­вами измерений и контроля, своевременное обновление парка этих средств на предприятии;

совершенствование методик измерений и контроля;

проведение метрологической экспертизы конструкторской и технологической документации.

Ответственность за правильность, своевременность и полно­ту метрологического обеспечения технических устройств возла­гается на их потребителей (заказчиков). Для этого в различных организациях функционируют метрологические службы.

Государственные испытания средств измерений

Все средства измерений, предназначенные для серийного производства, ввоза из-за границы, подвергаются со стороны ор­ганов Государственной метрологической службы обязательным государственным испытаниям, под которыми понимается экспер­тиза технической документации на средства измерений и их экс­периментальные исследования для определения степени соот­ветствия установленным нормам, потребностям народного хо­зяйства и современному уровню развития приборостроения, а также целесообразности их производства.

Установлены два вида государственных испытаний:

приемочные испытания опытных образцов средств измере­ний новых типов, намеченных к серийному производству

или импорту в РФ (государственные приемочные испыта­ния);

• контрольные испытания образцов из установочной серии и серийно выпускаемых средств измерений (государственные контрольные испытания).

Государственные приемочные испытания проводятся метроло­гическими органами Госстандарта или специальными государст­венными комиссиями, состоящими из представителей метроло­гических институтов, организаций-разработчиков, изготовителей и заказчиков.

В процессе государственных приемочных испытаний опыт­ных образцов средств измерений проверяется соответствие сред­ства измерений современному техническому уровню, а также требованиям технического задания, проекта технических усло­вий и государственных стандартов. Проверке подлежат также нормированные метрологические характеристики и возможность их контроля при производстве, после ремонта и при эксплуата­ции, возможность проведения поверки и ремонтопригодность испытуемых средств измерений.

Государственная приемочная комиссия на основании изуче­ния и анализа представленных на испытание образцов средств измерений и технической документации принимает рекоменда­цию о целесообразности (или нецелесообразности) выпуска средства измерения данного типа.

Госстандарт рассматривает материалы государственных ис­пытаний и принимает решение об утверждении типа средств из­мерений к выпуску в обращение в стране. После утверждения тип средств измерений вносится в Государственный реестр средств измерений.

Государственные контрольные испытания проводятся террито­риальными организациями Госстандарта. Их цель — проверка соответствия выпускаемых из производства или ввозимых из-за границы средств измерений требованиям стандартов и техниче­ских условий.

Контрольные испытания средств измерений серийного про­изводства проводятся: при выпуске установочной серии, при наличии сведений об ухудшении качества средств измерений, выпускаемых предприятием-изготовителем; при внесении изме­нений в конструкцию и технологию изготовления средств изме­рений, влияющих на их нормируемые метрологические характе­ристики, а также в порядке государственного надзора за качест­вом выпускаемых средств измерений в сроки, устанавливаемые Госстандартом.

Контрольные испытания проводятся периодически в течение всего времени производства (или импорта) средств измерений данного типа на испытательной базе предприятия-изготовителя. По окончании испытаний составляется акт о контрольных испы­таниях, содержащий результаты испытаний, замечания, предло­жения и выводы. На основании акта контрольных испытаний ор­ганизация, проводившая их, принимает решение о разрешении продолжения выпуска в обращение данных средств измерений или об устранении недостатков, обнаруженных при контрольных испытаниях, или о запрещении их выпуска в обращение.

Контрольные вопросы

Дайте определения основных характеристик измерений.

Назовите типы погрешностей измерения.

Перечислите основные типы измерительных приборов. Какие у них достоинства и недостатки?

Что такое «классы точности средств измерений»?

Объясните, для чего необходима калибровка средств измерений.

Сформулируйте основные принципы обеспечения единства измерений.

На что направлена деятельность Государственной метрологической службы?

В чем состоят различия между измерительным контролем и качест­венным?