3.4. Клас точності засобів вимірювань

На шкалах вимірювань вимірювальних приладів і в супровідній документації можна зустріти різні позначення, якими визначається їх клас точності.

Під класом точності ЗВ розуміють якусь узагальнену характеристику сукупності його метрологічних властивостей, яка визначається межами погрішностей, що допускаються, а також іншими параметрами, що впливають на точність.

Клас точності встановлюється в нормативній документації на окремі види ЗВ.

Клас точності корелює з абсолютною точністю, але не співпадає з нею, оскільки на відміну від останньої він є характеристикою ЗВ і не залежить від методу вимірювання і умов їх виконання.

Наприклад, клас точності для вольтметра змінного струму характеризує не тільки його максимальну погрішність, але і відхилення, що викликаються коливаннями температури, частоти струму, зовнішніх електромагнітних полів та інше.

Клас точності ЗВ встановлюють при випуску шляхом його калібрування по зразковому приладу в нормальних умовах. При цьому свідчення зразкового приладу приймають за дійсне значення величини, що виміряється.

Визначаємо максимальне значення абсолютної погрішність, яке в даному випадку складає 1,6 В на відмітці шкали 90 В.

Тоді приведена погрішність вольтметра визначається як відношення максимальної абсолютної погрішності до довжини шкали, тобто 1,6/100=0,016 або 1,6%.

При встановленні класу точності результат округляється у велику сторону, тобто клас точності визначається як 2,0.

На шкалах приладів клас точності позначається звичайно цифрою в кружечку (в даному випадку ). Можна зустріти і інші позначення, але вони потрактують по іншому.

Шкальні прилади піддаються градуюванню, тобто встановленню довжини розподілу і ціни розподілу шкали. Якщо у вищенаведеному прикладі вольтметр має шкалу загальної завдовжки 10 см, розділену на 100 однакових інтервалів, то довжина розподілу шкали складе 1 мм, а ціна розподілу – 1 В.

3.5. Еталони і зразкові засоби вимірювань

Забезпечення єдності вимірювань і одноманітності засобів вимірювань можливо лише тоді, коли ЗВ, що використовуються для вимірювань однієї і тієї ж фізичної величини, градуйовані в тотожних одиницях. Рішення цієї задачі здійснюється за допомогою еталонів і зразкових ЗВ.

Згідно закону України "Про метрологію і метрологічну діяльність" "еталон – цей засіб вимірювальної техніки, який забезпечує відтворення і (або) збереження одиниці вимірювань одного або декількох значень, а також передачу розміру цієї одиниці іншим засобам вимірювальної техніки".

Законодавча метрологія розглядає еталон як вищу ланку в метрологічному ланцюжку, що є спеціальним видом ЗВ або комплексом ЗВ, виконаних по особливій специфікації і офіційно затверджених в установленому порядку.

В ієрархічній схемі еталонів, безумовно, щонайвище положення займають міжнародні еталони, які відтворюють всі основні одиниці вимірювання.

Нижче їх розташовуються національні або державні еталони.

Первинний державний еталон – це офіційно затверджений еталон, який забезпечує відтворення одиниці вимірювань і передачу її розміру іншим еталонам, нижчестоячим по перевірочній схемі, з щонайвищою в країні точністю.

Можна навести як приклад первинний державний еталон України одиниці електрорушійної сили – Вольта. Створений в 1997г., він базується на нестаціонарному ефекті Джозефсона, який дозволяє виражати ЕРС Джозефсона (Е_Дж) через частоту f згідно формули

(3.4)

де h – постійна Планка; e – заряд електрона; n=1, 2, 3. - номер сходинки на вольтамперній характеристиці. ЕРС, таким чином, визначається через частоту, яка, як відомо, з всіх фізичних величин вимірюється з найвищою точністю. Нестабільність цього еталона за рік не перевищує 3*10-7.

У ряді випадків, коли необхідне відтворення одиниці вимірювань в особливих умовах (екстремальний тиск і температури, мікрогравітація і т.д.) первинні еталони замінюють спеціальними, причому останні зберігають статус державних.

Нижче за державні розташовуються вторинні еталони.

Серед них виділяють еталон-копію, який застосовують замість державного. Він не завжди є точною фізичною копією державного, оскільки застосовується як копія тільки по основному метрологічному призначенню.

Еталон порівняння застосовують для звірення еталонів, які із тих або інших причин не можуть бути безпосередньо зіставлений один з одним (наприклад, знаходяться в різних органах метрологічних служб або їх не можна транспортувати).

Еталон, будучи первинним державним, може одночасно бути вторинним по відношенню до міжнародного еталона.

Для передачі одиниць вимірювання безпосередньо зразковим або робочим ЗВ служать робочі еталони.

Згідно нормативам законодавчої метрології України робочий еталон – це еталон, призначений для перевірки або калібрування засобів вимірювальної техніки. Крім того, існують так звані випускні еталони, які володіють щонайвищими метрологічними властивостями серед еталонів, що є на підприємстві або в організації.

Строго кажучи, називати еталонами найточніші ЗВ, що приймаються на підприємствах для калібрування і перевірок, не цілком коректно. Для них більш прийнятне найменування "зразкові ЗВ".

Зразкові ЗВ призначені для передачі розмірів одиниць фізичних величин від еталонів або більш точних зразкових ЗВ до робочих ЗВ.

Робочі ЗВ – це ЗВ, що знаходяться в експлуатації.

До категорії зразкових ЗВ примикають стандартні зразки і зразкові речовини.

Стандартний зразок – це міра для відтворення одиниць зміни величин, що характеризують властивості або склад речовин і матеріалів. Таким може бути, наприклад, зразок для калібрування і настройки установки вимірювання питомого електричного опору напівпровідників, атестований метрологічною службою підприємства.

Рис.3.1 Система еталонів

Зразкова речовина – ця речовина з відомими властивостями, приготоване відповідно до вказаних умов в затвердженій специфікації, при дотриманні яких ці властивості точно відтворюються. Такими речовинами можуть бути, наприклад, "чиста вода" для відтворення за певних умов температур 0 і 1000 по Цельсію або "чистий цинк" для відтворення температури 4200 по Цельсію при плавленні і т.п.

На закінчення слід помітити, що еталони і зразкові ЗВ не можна примітивно тлумачити як кращі засоби вимірювань і на цій підставі залучати їх до процесу експлуатації, оскільки вони призначені виключно для перевірочної мети. Принцип єдності вимірювань вимагає чіткого відділення еталонів і зразкових ЗВ від робітників.

Ієрархічна схема застосування еталонів в метрології представлена на рис.3.1

Хай в нашому розпорядженні є робочий засіб вимірювання А, зразковий засіб вимірювань В і еталонний засіб вимірювання Е. Деяке свідчення робочого ЗВ позначимо ХА. Тоді правильне значення результату вимірювань RА можна представити як суму зміряного значення ХА, поправки РВ на зразкове ЗВ і поправки РЕ на еталонне ЗВ:

RА =Х_А +Р_В +Р_Е (3.5)

У свою чергу поправку РВ можна представити як різницю між свідченням зразкового ЗВ ХВ і зміряним значенням ХА, а поправку РЕ прийняти рівній ХЕ –ХВ, де ХЕ – свідчення еталонного ЗВ. Після підстановки цих виразів в (3.5) легко бачити, що

R  ХЕ (3.6)

Це рівняння часто називають основним рівнянням прикладної метрології. Воно трактується так: точність всякого вимірювання визначається кінець кінцем порівнянням з еталоном і залежить від його класу.