Примеры. Факторы, влияющие на результат измерений

Факторы, влияющие на результат измерений.

Многообразие факторов, влияющих на результат измерения, можно поделить на внешние и внутренние, случайные и неслучайные и т.д. Их действие проявляется в рассеянии результата измерения (при повторении измерительной процедуры или одновременном выпол­нении ее несколькими средствами измерений и (или) разными ме­тодами) и смещении центра рассеяния относительно значения из­меряемого размера.

Исключение, компенсация и учет влияющих факторов осущест­вляются на этапах подготовки и выполнения измерений, обработки экспериментальных данных и представления результатов измере­ний.

1. Пример исключения несовершенства метода измерения спосо­бом замещения.

При взвешивании груза на равноплечих весах масса груза счи­тается равной массе уравновешивающих гирь. Но это спра­ведливо лишь при строгом равенстве плеч, т.к. равновесие ко- ромысла определяется не равенством масс, а равенством произведений силы на плечо F1*I1=F2*I2. На практике I1 не равно (приблизительно равно) I2, поэтому m1 не равно (при­близительно равно) m2.

При использовании способа замещения груз уравновешивает­ся любой тарой, а потом заменяется набором гирь, при кото­ром сохраняется равновесие коромысла. Т.о. влияние неравноплечности весов оказывается исключенным.

2.Пример компенсации влияющего фактора по знаку.

Измерение производится дважды так, чтобы влияющий фактор оказывал противоположное действие. За результат измерения принимают среднее арифметическое двух опытов. Так меха­нические узлы некоторых приборов имеют люфты, влияние ко­торых компенсируется, если измерительный механизм подво­дится к измеряемой величине сначала со стороны больших, а затем меньших значений (или наоборот). Можно скомпенсиро­вать влияние постоянных магнитных полей, паразитных ТЭДС и т.п.

3. Пример учета факторов, влияющих на результат измерения, ко­торые не удалось ни исключить, ни скомпенсировать.

Учет осуществляется внесением поправки.

При аддитивной поправке результат измерения Q=X+Θa, при этом размерность dim Q = dim X = dim Θа, где X - отсчет, Θа -поправка.

Например, при измерении сопротивления R методом вольтметра-амперметра по схеме, в которой вольтметр па­раллелен измеряемому сопротивлению, из показаний ам­перметра нужно вычесть ток, протекающий через вольт­метр. Если R приблизительно равно сопротивлению вольт­метра, то поправка будет значительной.

Мультипликативная поправка (Θм) - безразмерная: Q=X*Θm. Например, при измерении э.д.с. вольтметром внутреннее сопротивление источника питания обычно не учитывается, между тем показания вольтметра связаны с измеряемой э.д.с. соотношением U=E*Rv/(Rи+Rv), т.о. поправочный множитель Rv/(Rh+Rv) при простейшем измерении э.д.с. вольтметром определяется расчетным путем.

5.2. Нормативная база метрологии

Комплекс нормативных документов, устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности, составляет государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ). В 1999 г. осуществлена разработка базового основопола­гающего стандарта - ГОСТ Р 8-000 ГСИ. Основные положения.

5.3. Метрологические службы

Метрологическая служба — совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

5.4. Меры, принимаемые для обеспечения единства из­мерений

Единство измерений - состояние измерений, при котором их ре­зультаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешно­сти измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

5.4.1. Использование законодательно установленной системы единиц физических величин, разрешенных для применения.

В РФ, как и в большинстве стран мира, принята Международная система единиц физических величин (SI). Подробнее этот вопрос рассмотрен в п.2.5.9.

5.4.2. Эталоны единиц физических величин

Эталон - это средство измерений, обеспечивающее воспро­изведение и (или) хранение единицы с целью передачи информа­ции об ее размере рабочим средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установлен­ном порядке в качестве эталона.

Основные требования, предъявляемые к эталону - неизменность (способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени); воспроизво­димость (воспроизведение единицы с наименьшей для данного уровня развития измерительной техники); сличимость (способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при проведении сличений).

Погрешность эталона характеризуют средним квадратическим от­клонением погрешности, а также неисключенной систематической погрешностью. Неисключенная систематическая погрешность пре­обладает почти для всех эталонов и определяет общую погреш­ность воспроизведения единицы физической величины. Погрешно­сти эталонов различных физических величин существенно разли­чаются Наименьшую погрешность порядка 10" имеет эталон вре­мени и частоты. Погрешности воспроизведения единиц силы тока, напряжения и емкости резко возрастают с увеличением частоты. Для воспроизведения единицы в широком диапазоне частот прихо­дится создавать несколько эталонов. Например, для напряжения разработано три эталона.

При разработке эталонов стремятся использовать стабильные фи­зические явления и процессы, воспроизведение которых обеспечи­вается фундаментальными законами физики и мало зависит от кон­кретных особенностей построения эталонов. Примером является утвержденный в 1983 г. Государственный первичный эталон време­ни и частоты, основанный на резонансном поглощении электромаг­нитной волны атомами цезия.

5.4.3. Использование только аттестованных данных о физических константах и физико-химических свойствах материалов и веществ.

Физические константы - численные коэффициенты, выраженные в единицах какой-либо системы единиц, входящие в уравнения фи­зических законов и являющиеся в ряде случаев масштабными ха­рактеристиками физических процессов и микрообъектов. К ним от­носятся: скорость света, заряд электрона, постоянные Планка, Авогадро, Ридберга и т.д. Многие измерения требуют знания точных значений физических постоянных. Они необходимы и для разработ­ки воспроизводимых эталонов единиц физических величин. Решением вопросов, связанных с использованием только аттесто­ванных данных о физических константах и физико-химических свой­ствах материалов и веществ, занимаются Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД).

5.4.5. Поверка и ее виды

Поверкой средств измерений называют совокупность действий, вы­полняемых для определения нормируемых характеристик (в т.ч. погрешности) средств измерений и их соответствия регламентиро­ванным значениям метрологических характеристик.

В основе поверок лежит передача единиц физических величин от первичных эталонов к рабочим средствам измерений. Поверка про­изводится метрологическими службами при помощи эталонов и об­разцовых средств измерения. По результатам поверки делают вы­вод о пригодности или непригодности средств измерений к эксплуа­тации. При положительных результатах поверки на средство изме­рения налагается поверительное клеймо и, в необходимом случае, выдается свидетельство о поверке.

Конкретные указания по поверке содержатся в поверочных схемах. Поверочная схема - это схема, устанавливающая методы, сред­ства, точность и соподчиненность средств измерения при передаче размера единицы физической величины от образцового средства измерения до объекта поверки. Для многофункциональных средств измерения используется несколько поверочных схем.

Поверочные схемы, государственная, ведомственная и локальная охватывают средства измерений закрепленные, соответственно, за государством, ведомством (министерством) или конкретным метро­логическим органом. Государственная поверочная схема оформля­ется в виде государственного стандарта, включающего в себя ее чертеж и необходимую текстовую часть; остальные - в виде черте­жа сопровождаемого пояснениями.

5.4.6. Стандартизация и аттестация методик выполнения измерений

Методика выполнения измерений — это совокупность правил, норм и требований к методу, средствам и условиям измерений, процедуре их выполнения и алгоритму вычислений, соблюдение которых гарантирует получение результата измерения с требуемой точностью.

Методики выполнения измерений многократного применения явля­ются объектами стандартизации, остальные должны быть аттесто­ваны.

В стандартах, типовых методиках выполнения измерений и аттеста­тах на конкретные методики должно быть указано: 1. Назначение и область применения методики выполнения измерений. 2. Требова­ния к средствам измерений и вспомогательным устройствам (или типы и номера экземпляров средств измерений и технические хара­ктеристики вспомогательных устройств). 3. Метод измерений. 4. По­рядок подготовки и выполнения измерений. 5.Числовые значения показателей точности по МИ 1317—86 (при аттестации) или нормы на показатели точности и зависимости между этими показателями и всеми влияющими факторами. 6.Способы обработки результатов измерений и оценки показателей точности измерений (для стан­дарта). 7. Межповерочные интервалы и нормативно-технические документы, по которым следует проводить поверку (для аттестата). 8. Требования техники безопасности.

Аттестацию проводят метрологические организации Госстан­дарта и органы ведомственных метрологических служб. К ней могут привлекаться непосредственные разработчики изделия или техно­логического процесса.

Аттестация методик выполнения измерений включает следующие основные этапы:

- разработку и утверждение руководителем организации программы
проведения аттестации;

- выполнение исследований в соответствии с программой;

- оформление и утверждение руководителем организации техни­ческого отчета;

- оформление и утверждение аттестата методики выполнения из­мерений.

Измерения по стандартизованным и аттестованным методикам вы­полняют средствами измерений, прошедшими государственные ис­пытания.

5.4.7. Метрологический контроль и надзор

Метрологический контроль и надзор — деятельность, осущест­вляемая органом государственной метрологической службы (госу­дарственный метрологический контроль и надзор) или метрологи­ческой службой юридического лица в целях проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм.

Сферы распространения метрологического контроля и надзора: здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды, обес­печение безопасности труда; торговые операции и взаимные расче­ты между покупателем и продавцом; государственные учетные опе­рации; обеспечение обороны государства; геодезические и гидро­метеорологические работы; банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции; производство продукции; испытания и контроль качества продукции; обязательная сертификацию продукции и ус­луг; измерения, проводимые по поручению органов суда, прокурату­ры, арбитражного суда, государственных органов управления Рос­сийской Федерации.

Объекты метрологического контроля и надзора:

- утверждение типа средств измерений;

- поверка средств измерений, в том числе эталонов;

- лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений.

- выпуск, состояние и применение средств измерений, аттесто­ванные методики выполнения измерений, эталоны единиц величин, соблюдение метрологических правил и норм;

- количество товаров, отчуждаемых при совершении торговых
операций;

Пути реализации метрологического контроля и надзора:

- калибровка средств измерений;

- надзор за состоянием и применением средств измерений, атте­стованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм норматив­ных документов по обеспечению единства измерений;

- выдача обязательных предписаний, направленных на предот­вращение, прекращение или устранение нарушений метрологиче­ских правил и норм;

- проверка своевременности представления средств измерений на испытания, поверку и калибровку.

-

5.5. Перспективы развития законодательной метрологии в России

Планируется сохранение государственности измерительного дела в России при переходе от административного принципа управления метрологической деятельностью к законодательному и проведение согласованной политики в области метрологии со странами - участ­ницами СНГ, продолжение курса на сближение принципов проведе­ния метрологической деятельности в России с аналогичными прин­ципами деятельности международных организаций и промышленно развитых стран.

Можно выделить следующие направления развития метрологиче­ской деятельности в РФ;

1. Трансформация Государственной системы обеспечения един­ства измерений (ГСИ) из системы нормативных и методических документов в государственную систему управления деятельно­стью по обеспечению единства измерений.

2. Совершенствование законодательной базы метрологической деятельности, в первую очередь, внесение изменений в Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» и соответственно в подза­конные акты (в том числе НД Госстандарта).

3. Дальнейшее развитие Государственной метрологической служ­бы с учетом ее главной задачи - создания в стране таких условий для метрологической деятельности, которые сведут к минимуму
вероятность получения недостоверных результатов измерений.

4. Совершенствование ГМС. Намечается провести реформирова­ние государственного метрологического надзора с уровня надзора за отдельными элементами измерительного процесса (средства и методы измерений, операторы и т.д.) до более высокого уровня -надзора за аккредитованными МС.

5. Предстоит совершенствование стандартов на методы контроля и испытаний, которые не соответствуют требованию обеспечения единства измерений, поскольку в них не приводится погрешность измерений.

6. Создание и деятельность Системы аккредитации измеритель­ных лабораторий. Основная цель Системы - установление еди­ных требований по оценке технической компетентности различных
типов измерительных лабораторий (аналитических, по сертифи­кации СИ, радиационного контроля, неразрушающего контроля и др.) на право поверки СИ, калибровки СИ, аттестации МВИ.

7. Реализация федеральной целевой инновационной научно-технической программы «Сертификация и метрология» на период до 2005 г., утвержденной Правительством РФ.

8. Совершенствование контроля СИ вне сферы ГМКиН - дальнейшее развитие системы сертификации СИ и Российской систе­мы калибровки.

9. Углубление международного сотрудничества в области метро­логии.

5.6. Международное сотрудничество в области законо­дательной метрологии

Для обеспечения международного единства измерений создан ряд международных организаций, таких как МОЗМ (Международная организация законодательной метрологии), МБМВ (Международное бюро мер и весов). МОЗМ тесно сотрудничает с ИСО - междуна­родной организацией по стандартизации. Хотя международные стандарты не являются обязательными, они отражают интересы большинства стран и поэтому принимаются за основу при разра­ботке национальных стандартов, обеспечивая тем самым конкурен­тоспособность товаров на мировом рынке.

Итоги многолетней деятельности международных организаций очень результативны Благодаря их усилиям в большинстве стран мира принята Международная система единиц физических величин (SI), действует сопоставимая терминология, приняты рекомендации по способам нормирования метрологических характеристик СИ, по сертификации СИ, по испытаниям СИ перед выпуском серийной продукции.

ГМС России в своей деятельности приходится учитывать докумен­ты региональных международных метрологических организаций, а также зарубежных национальных метрологических организаций США, Великобритании и пр. Россия участвует в Организации со­трудничества государственных метрологических учреждений стран Центральной и Восточной Европы (КООМЕТ).

При осуществлении международного сотрудничества в области за­конодательной метрологии РФ преследуются следующие основные цели: а) изучение передового зарубежного и международного опы­та и его использование в отечественной метрологической деятель­ности; б) внедрение отечественных норм и правил по метрологии, по которым Россия занимает передовые позиции_: в соответствую­щие международные документы; в) всемерное содействие метода­ми метрологии процессам интеграции экономики страны в мировую экономику.

Дата добавления: 2015-04-30