МЕТРОЛОГІЯ

Основні поняття і визначення

Метрологія - область знань і вид діяльності, пов'язані з вимірюваннями.

Метрологія - наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення Їх єдності і способи досягнення потрібноЇ, точність.

Теоретична метрологія займається питаннями фундаментальних досліджень, створенням системи одиниць вимірювань, фізичних постійних, розробкою нових методів вимірювання.

Прикладна (практична) метрологія займається питаннями практичного застосування в різних сферах діяльності результатів теоретичних досліджень в рамках метрологіЇ.

Законодавча метрологія включає сукупність взаємообумовлених правил і норм, направлених на забезпечення єдності вимірювань, які зводяться в ранг правових положень (уповноваженими на те органами державноЇ влади), мають обов'язкову силу і знаходяться під контролем держави.

Об'єктами метрологіЇ є одиниці величин, засоби вимірювань, еталони, методики виконання вимірювань.

Традиційним об'єктом метрологіЇ є фізичні величини. Окрім фізичних величин в останнє десятиліття в прикладній метрологіЇ почали використовуватися нефізичні величини. Це зв'язано із застосуванням терміну "вимірювання" в нових для метрологіЇ сферах - економіці, медицині, інформатиці, управлінні якістю і ін.

Вимірювання - сукупність операцій, що виконуються за допомогою технічного засобу, що зберігає одиницю величини, дозволяє зіставити вимірювану величину з ЇЇ одиницею і набути значення величини. Це значення називають результатом вимірювань.

Наприклад, прикладаючи лінійку з діленнями до якоЇ-небудь деталі, порівнюють ЇЇ з одиницею, лінійкою, що зберігається, і, провівши відлік, набувають значення величин (довжини, висоти і інших параметрів деталі).

Погрішність вимірювань - відхилення результату вимірювань від дійсного (дійсного) значення вимірюваноЇ величини.

Засіб вимірюванні - технічний пристрій, призначений для вимірювань (Закон РФ "О| забезпеченні єдності вимірювань" - далі Закон РФ).

Еталон одиниці величини - засіб вимірювання, призначений для відтворення і зберігання одиниці величини з метою передачі ЇЇ засобам вимірювань даноЇ величини (Закон РФ).

Єдність вимірювань - стан вимірювань, при якому Їх результати виражені в узаконених одиницях величин і погрішності

вимірювань не виходять за встановлені межі із заданою вірогідністю (

Єдність вимірювань - стан вимірювань, при якому Їх результати виражені в узаконених одиницях величин і погрішності вимірювань не виходять за встановлені межі із заданою вірогідністю (Закон РФ).

Отже, першою умовою забезпечення єдності вимірювань є представлення результатів вимірювань в узаконених одиницях, які були б одними і тими ж усюди, де проводяться вимірювання і використовуються Їх результати. У РосіЇ, як і в більшості інших краЇн, узаконеними одиницями є одиниці величин МіжнародноЇ системи одиниць, прийнятою Генеральною конференцією по заходах і вагах, рекомендовані Міжнародною організацією законодавчоЇ метрологіЇ. Друга умова єдності вимірювань - погрішність вимірювань не перевищує (із заданою вірогідністю) встановлених меж. Погрішності вимірювань засобу вимірювань указуються в технічному документі, що додається до нього, - паспорті, ТУ і ін.

Головним нормативним актом по забезпеченню єдності вимірювань є Закон РФ "о забезпеченні єдності вимірювань". Він направлений на захист має рацію і законних інтересів громадян, економіки краЇни від негативних наслідків недостовірних результатів вимірювань.

У стандартах на методи контролю (випробувань, вимірювань, аналізу) повинна бути дотримане головна умова забезпечення єдності вимірювань - вказані погрішності вимірювань для заданоЇ вірогідності. Наприклад, в стандарті на методи визначення щільності молока і молочних продуктів указується погрішність визначення щільності молока (аерометричним методом) не більш Ђ0,5 кг/м3 при вірогідності 0,99.

Історія розвитку метрологіЇ в Російській імперіЇ

Метрологія як область практичноЇ діяльності зародилася в давнину. На всьому шляху розвитку людського суспільства вимірювання були основою відносин людей між собою, з навколишніми предметами, природою. При цьому вироблялися єдині уявлення про розміри, форми, властивості предметів і явищ, а також правила і способи Їх зіставлення.

Найменування одиниць вимірювання і Їх розміри з'являлися у давнину найчастіше відповідно до можливості застосування одиниць і Їх розмір рів без спеціальних пристроЇв, тобто створювалися з орієнтацією на ті одиниці, що були "під руками і ногами". У РосіЇ як одиниці довжини були "п'ядь", "лікоть".

Для підтримки єдності встановлених мерів ще в стародавні часи створювалися еталонні (зразкові) заходи. До них відносилися дбайливо: в давнину вони зберігалися в храмах, церквах як найбільш надійних місцях для зберігання цінних предметів.

У міру розвитку промислового виробництва підвищувалися вимоги до застосування і зберігання мерів, посилювалося прагнення до уніфікаціЇ розмірів одиниць фізичних величин.

На початку 1840 р. у ФранціЇ була введена метрична система мерів. Значущість метричноЇ системи глибоко оцінив Д.І. Менделєєв. У 1867 р. з трибуни з'Їзду російських природодослідників він виступив із закликом сприяти підготовці метричноЇ реформи в РосіЇ. За його ініціативою Петербурзька академія наук запропонувала заснувати міжнародну організацію, яка забезпечувала б одноманітність засобів вимірювань в міжнародному масштабі. Цю пропозицію отримало схвалення, і в 1875 р. на Дипломатичній метрологічній конференціЇ, проведеній в Парижі, в якій брали участь 17 держав (зокрема Росія) була Прийнята Метрична конвенція.

У міру уніфікаціЇ одиниць вимірювань в багатьох державах вводилися законодавчі норми, які захищали покупців від недобросовісноЇ виробників і розповсюджувачів товарів і послуг. У РосіЇ в XVI в. контролери (цілувальники) на ринках розшукували і відбирали старі (неофіційні) заходи. За користування ними накладали великий штраф і навіть ув'язнювали винних.

Ще більше посилився нагляд за заходами в XVII в. Їм займалися митниці, "кухлеві двори". У Москві діяли Помірна хата і Велика митниця. Помірна хата проводила періодичну ("як рік мине") перевірку мерів і вилучала неправильні ("злодійські") заходи.

У наказі царя Федора Олексійовича Великій Московській митниці про збір митних зборів (1681 р.) мовилося, що за знайдені у торговців злодійські заходи визначалася конфіскація товарів і посилання з сім'єю.

Рішучий і жорсткий характер Петра I виявився в його наказі "Про збір в Московській Великій митниці мит" (1698): "за знайдені непрямі, злодійські ваги лавки опечатати, товари відібрати і сім'єю заслати". Він же в Статуті військових артикулів (1716) писав: "Покарання за обмір і обважування - повернути добро втричі, стягувати штраф, піддати тілесному покаранню".

У 1745 р. публікується Указ сенатський про розсилку з камер-колегіЇ у всі міста затаврованих мерів для хліба і про стягнення штрафу з того, у кого опиняться не вказані заходи.

У 1858 р. Єлизавета Петрівна повеліла: "Зробити аршини залізні вірні і з обох кінців затавровані так, щоб ні урізувати, ні спилювати неможливе було".

Довгий час метрологія була в основному описовою наукою про різні заходи і співвідношення між ними. Але в процесі розвитку суспільства роль вимірювань зростала, і з кінця минулого століття завдяки прогресу фізики метрологія піднялася на якісно новий рівень. Велику роль в становленні метрологіЇ в РосіЇ зіграв Д.І. Менделєєв, що керував вітчизняною метрологією в період з 1892 по 1907 р. "Наука починається... з тих пір, як починають вимірювати", - в цьому науковому кредо великого ученого виражений, по суті, найважливіший принцип розвитку науки, який не втратив актуальності і в сучасних умовах.

Розвиток природних наук привів до появи все нових і нових засобів вимірювань (СІ), а вони, у свою чергу, стимулювали розвиток наук, стаючи все більш могутнім засобом дослідження. Так, підвищення точності вимірювань щільності води привело в 1932 р. до відкриття важкого ізотопу водню - дейтерію. Подібних прикладів, які підтверджують роль вимірювань як інструменту пізнання, множина. Тут доречно привести вислів найбільшого російського фізика і електротехніка Б.С. Якобі: "Мистецтво вимірювань є могутньою зброєю, створеним людським розумом для проникнення в закони природи і підпорядкування ЇЇ сил нашому пануванню".

Можна виділите три головні функціЇ вимірювань в народному господарстві:

-- облік продукціЇ народного господарства, що обчислюється по масі, довжині, об'єму, витраті, потужності, енергіЇ;

-- вимірювання, що проводяться для контролю і регулювання технологічних процесів (особливо в автоматизованих виробництвах) і для забезпечення нормального функціонування транспорту і зв'язку;

-- вимірювання фізичних величин, технічних параметрів, складу і властивостей речовин, що проводяться при наукових дослідженнях, випробуваннях і контролі продукціЇ в різних галузях народного господарства.

Від якості СІ залежить ефективність виконання вказаних функцій. Приведемо декілька прикладів, що відносяться до першоЇ функціЇ СІ: погрішності експлуатованих в даний час лічильників енергіЇ (в середньому 2%) приводять до невизначеності в обліку такоЇ ж кількості електроенергіЇ; стан сучасного вагового господарства таке, що в процесі зважування залишається неврахованими близько 1% всіх вимірюваних продуктів виробництва. Підвищення точності вимірювань дозволяє визначити недоліки тих або інших технологічних процесів і усунути ці недоліки. Все це кінець кінцем приводить до підвищення якості продукціЇ, економіЇ енергетичних і теплових ресурсів, а також сировини і матеріалів.

Приклад

Відомо, що врожайність сільськогосподарських культур значною мірою залежить від оптимальноЇ і заздалегідь встановлюваноЇ кількості добрив, що вносяться до ґрунту, і витрати води при поливі і, отже, від точності вимірювань маси добрив і витрати води. Підвищення технічного ресурсу підшипників на 40% - результат впровадження еталону відхилення від круглоЇ, а еталон шорсткості дозволяє заощадити 1 кг фарби на кожну тонну відливання при ЇЇ забарвленні.

В УкраЇні щодня проводиться близько 2 млрд. вимірювань, понад 1 млн. чоловік вважають вимірювання своєю професією. Частка витрат на вимірювання складає 10 - 15% витрат суспільноЇ праці, а в галузях промисловості, що проводять складну техніку (електротехніка, верстатобудування і ін.), вона досягає 50 - 70%. Про масштаби витрат на отримання достовірних результатів вимірювань свідчать наступні цифри: у 1998 р. вартість цих робіт в РосіЇ була рівна 3,8% від величини валового національного продукту (ВНП). У розвинених краЇнах ця цифра досягає 9 - 12% ВВП. Підраховано, що число СІ росте прямо пропорціонально квадрату приросту промисловоЇ продукціЇ. Це означає, що при збільшенні об'єму промисловоЇ продукціЇ в 2 рази число СІ може вирости в 4 рази. В даний час в наший краЇні налічується більше 1,5 млрд. СІ

Фізична величина і ЇЇ розмірність

Основним об'єктом вимірювання в метрологіЇ є фізичні величини.

Фізична величина (коротка форма терміну - "величина") застосовується для опису матеріальних систем і об'єктів (явищ, процесів і тому подібне), що вивчаються в будь-яких науках (фізиці, хіміЇ і ін.) Як відомо, існують основні і похідні величини. Як основні вибирають величини, які характеризують фундаментальні властивості матеріального світу. Механіка базується на трьох основних величинах, теплотехніка - на чотирьох, фізика - на семи. ГОСТ 8.417 встановлює сім основних фізичних величин - довжина, маса, час, термодинамічна температура, кількість речовини, сила світла, сила електричного струму, за допомогою яких створюється все різноманіття похідних фізичних величин і забезпечується опис будь-яких властивостей фізичних об'єктів і явищ.

Вимірювані величини мають якісну і кількісну характеристики.

Формалізованим віддзеркаленням якісного. відмінності вимірюваних величин є Їх розмірність. Згідно міжнародному стандарту ІСО розмірність позначається символом dim. Розмірність основних фізичних величин - довжини, маси і часу - позначається відповідними заголовними буквами:

dim l = L

dim т = М

dim t = Т.

Розмірність похідноЇ фізичноЇ величини виражається через розмірність основних фізичних величин за допомогою статечного одночлена:

[Q] = Lа*Mb*Tg,

де

L, М, Т - розмірності відповідних основних фізичних величин;

а, b, g - показники розмірності (показники ступеня, в який зведені розмірності основних фізичних величин).

Кожен показник розмірності може бути позитивним або негативним, цілим або дробом, нулем. Якщо всі показники розмірності рівні нулю, то величина називається безрозмірною. Вона може бути відносною, визначуваною як відношення однойменних величин (наприклад, відносна діелектрична проникність), і логарифмічною, визначуваною як логарифм відносноЇ величини (наприклад, логарифм відношення потужностей або напруги

Шкали, Їх види і особливості

Кількісною характеристикою вимірюваноЇ величини служить ЇЇ розмір. Отримання інформаціЇ про розмір фізичноЇ або нефізичноЇ величини є змістом будь-якого вимірювання.

Простий спосіб отримання інформаціЇ, який дозволяє скласти деяке уявлена про розмір вимірюваноЇ величини, полягає в порівнянні його з іншим за принципом "що більше (менше)?" або "що краще (гірше)?" При цьому число порівнюваних між собою розмірів може бути достатнє великим. Розташовані в порядку зростання або убування розміри вимірюваних величин утворюють шкали порядку. Операція розстановки розмірів в порядку Їх зростання або убування з метою отримання вимірювальноЇ інформаціЇ за шкалою порядку називається ранжируванням. Для забезпечення вимірювань за шкалою порядку деякі крапки на ній можна зафіксувати як опорних (реперах). Точкам шкали можуть бути привласнені цифри, часто звані балами. Знання, наприклад оцінюють після чотирьох бальноЇ шкалі репера тієЇ, що має наступний вигляд: незадовільно задовільно, добре, відмінно. По шкалах реперів вимірюються твердість мінералів, чутливість плівок і інші величини інтенсивності землетрусів вимірюється по дванадцяти бальноЇ шкалі, званою міжнародною сейсмічною шкалою.

Досконаліша в цьому відношенні шкала інтервалів. Прикладом ЇЇ може служити шкала вимірювання часу, яка розбита на крупні інтервали (роки), рівні періоду, звернення Землі навколо Сонця; на дрібніші (доба), рівніші періоду звернення Землі навколо своєЇ осі. За шкалою інтервалів можна судити не тільки про те, що один розмір більше іншого, але і том, на скільки більше. Проте за шкалою інтервалів не можна оцінити, в скільки разів один розмір більше іншого. Це обумовлено тим, що на шкалі інтервалів відомий тільки масштаб, а початок відліку може бути вибране довільно.

Найбільш досконалою є шкала відносин. Прикладом ЇЇ може служити температурна шкала Кельвіна. У ній за початок відліку прийнятий абсолютний нуль температури, при якому припиняється тепловий рух молекул; нижчоЇ температури бути не може. Другою крапкою репера служить температура танення льоду. За шкалою Цельсія інтервал між цими реперами рівний 273,16оС. По шкалі відносин можна визначити не тільки, на скільки один розмір більше або менше іншого, але і в скільки разів більше або менше.

Залежно від того, на які інтервали розбита шкала, один і той же розмір представляється по різному. Наприклад, довжина переміщення деякого тіла на 1 м може бути представлена як L = 1 м = 100 см = 1000 мм. Відмічені три варіанти є значеннями вимірюваноЇ величини - оцінками розміру фізичноЇ величини у вигляді деякого числа прийнятих для неЇ одиниць. Вхідне в нього відвернуте число називається числовим значенням. У приведеному прикладі це 1, 100, 1000.

Значення фізичноЇ величини набувають в результаті ЇЇ вимірювання або обчислення відповідно до основного рівняння вимірювання:

Q = X*[Q]

де

Q - значення фізичноЇ величини;

Х - числове значення вимірюваноЇ величини в прийнятій одиниці;

[Q] - вибрана для вимірювання одиниця.

. Класифікація вимірювань

Вимірювання можуть бути класифіковані:

-- По характеристиці точності:

-- рівноточні - ряд вимірювань якоЇ-небудь величини, виконаних однаковими по точності СІ і в одним і тих же умовах;

-- нерівноточні - ряд вимірювань якоЇ-небудь величини, виконаних декількома різними по точності СІ і (або) в декількох різних умовах.

-- По числу вимірювань у ряді вимірювань:

-- одноразові;

-- багатократні.

-- По відношенню до зміни вимірюваноЇ величини:

-- статичні - вимірювання незмінноЇ в часі фізичноЇ величини, наприклад вимірювання довжини деталі при нормальній температурі або вимірювання розмірів земельноЇ ділянки;

-- динамічні - вимірювання фізичноЇ величини, що змінюється за розміром, наприклад вимірювання змінноЇ напруги електричного струму, вимірювання відстані до рівня землі з літака, що знижується.

-- По виразу результату вимірювань:

-- абсолютні - вимірювання, засноване на прямих вимірюваннях величин і (або) використанні значень фізичних констант. Наприклад, вимірювання сили F засноване на вимірюванні основноЇ величини маси т і використанні фізичною постійною - прискорення вільного падіння g;

-- відносні - вимірювання відношення величини до однойменноЇ величини, що виконує роль одиниці.

-- По загальних прийомах отримання результатів вимірювань:

-- прямі - вимірювання, при якому шуканого значення фізичноЇ величини набувають безпосередньо, наприклад вимірювання маси на вагах, довжини деталі мікрометром;

Метод вимірювань - прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваноЇ фізичноЇ величини з ЇЇ одиницею відповідно до реалізованого принципу вимірювань.

Методи вимірювань класифікують по декількох ознаках.

По загальних прийомах отримання результатів вимірювань розрізняють:

-- прямий метод вимірювань;

-- непрямий метод вимірювань.

Перший реалізується при прямому вимірюванні, другий - при непрямому вимірюванні, які описані вищим.

За умовами вимірювання розрізняють:

-- контактний методи вимірювань;

-- безконтактний методи вимірювань.

Контактний метод вимірювань заснований на тому, що чутливий елемент приладу приводиться в контакт з об'єктом вимірювання (вимірювання температури тіла термометром). Безконтактний метод вимірювань заснований на тому, що чутливий елемент приладу де приводиться в контакт з об'єктом вимірювання (зміна відстані до об'єкту радіолокатором, зміна температури в доменній печі пірометром).

Виходячи із способу порівняння вимірюваноЇ величини з ЇЇ одиницею, розрізняють методи безпосередньоЇ оцінки і метод порівняння з мірою.

При методі безпосередньоЇ оцінки визначають значення величини безпосередньо по відліковому пристрою показуючого засобу вимірювань(СІ) (термометр, вольтметр і ін.). Міра, що відображає одиницю вимірювання, у вимірюванні не бере участь. ЇЇ роль грає в СІ шкала, проградуйована при його виробництві за допомогою достатніх точних СІ.

При методі порівняння з мірою вимірювану величину порівнюють з величиною, відтворною мірою.

Метрологічні властивості СІ - це властивості, що впливають на результат вимірювань і його погрішність. Показники метрологічних властивостей є Їх кількісною характеристикою і називаються метрологічними характеристиками.

Метрологічні характеристики, встановлювані НД, називають нормованими метрологічними характеристиками.

Всі метрологічні властивості СІ можна розділити на дві групи:

-- Властивості, що визначають область застосування СІ.

-- Властивості, що визначають якість вимірювання.

До основних метрологічних характеристик, що визначають властивості першоЇ групи, відносяться діапазон вимірювань і поріг чутливості.

Діапазон вимірювань - область значень величини, в межах яких нормовані межі погрішності, що допускаються. Значення величини, що обмежують діапазон вимірювань знизу або зверху (зліва і справа), називають відповідно нижньою або верхньою межею вимірювань.

Поріг чутливості - найменша зміна вимірюваноЇ величини, яка викликає помітну зміну вихідного сигналу. Наприклад, якщо поріг чутливості вагів рівний 10 міліграм, то це означає, що помітне переміщення стрілки вагів досягається при такій малій зміні маси, як 10 міліграм.

До метрологічних властивостей другоЇ групи відносяться три головні властивості, що визначають якість вимірювань: точність, збіжність і відтворюваність вимірювань.

Найширше в метрологічній практиці використовується перша властивість - точність вимірювань. Точність вимірювань СІ визначається Їх погрішністю.

Погрішність - це різниця між свідченнями СІ і дійсним (дійсним) значенням вимірюваноЇ фізичноЇ величини. Оскільки дійсне значення фізичноЇ величини невідоме, то на практиці користуються ЇЇ дійсним значенням. Для робочого СІ за дійсне значення приймають свідчення робочого еталону нижчого розряду (допустимо, 4-го), для еталону 4-го розряду, у свою чергу, - значення фізичноЇ величини, отримане за допомогою робочого еталону 3-го розряду. Таким чином, за базу для порівняння приймають значення СІ, яке є в перевірочній схемі вищестоящим по відношенню до підлеглого СІ, підмету перевірці.

Dxn = Xn-x0

Де:

-- Dxn - погрішність СІ, що повіряється;

-- Xn - значення тієЇ ж самоЇ величини, знайдене за допомогою СІ, що повіряється;

-- X0 - значення СІ, прийняте за базу для порівняння, - дійсне значення.

Погрішності СІ можуть бути класифіковані по ряду ознак, зокрема:

-- за способом виразу - абсолютні, відносні;

-- по характеру прояви - систематичні, випадкові;

-- по відношенню до умов застосування основні, додаткові.

Найбільшого поширення набули метрологічні властивості, пов'язані з першим угрупуванням, - з абсолютними і відносними погрішностями.

Точність вимірювань СІ - якість вимірювань, що відображає близькість Їх результатів до дійсного (істинному) значення вимірюваноЇ величини. Точність визначається показниками абсолютноЇ і "відносноЇ погрішності.

Визначувана по формулі Dxn є абсолютною погрішністю. Проте більшою мірою точність СІ характеризує відносна погрішність, тобто виражене у відсотках відношення абсолютноЇ погрішності до дійсного значення величини, вимірюваноЇ або відтворноЇ даним СІ.

Точність може бути виражена зворотною величиною відносноЇ погрішності - 1/d . Якщо погрішність d = 0,1% або 0,001=10-3, то точність рівна 103.

У стандартах нормує характеристики точність, пов'язана з іншими погрішностями.

Систематична погрішність - складова погрішності результату вимірювання, що залишається постійною (або ж що закономірно змінюється) при повторних вимірюваннях однієЇ і тієЇ ж величини. ЇЇ прикладом може бути погрішність градуювання, зокрема погрішність показань приладу з круговою шкалою і стрілкою, якщо вісь останньою зміщена на деяку величину щодо центру шкали. Якщо ця погрішність відома, то ЇЇ виключають з результатів різними способами, зокрема введенням поправок.

При нормуванні систематичноЇ погрішності, що становить, СІ встановлюють межі систематичноЇ похибки СІ, що припускається, - конкретного типу - D. Величина систематичноЇ погрішності визначає таку метрологічну властивість, як правильність вимірювань СІ.

Випадкова погрішність - складова погрішності результату вимірювання, що змінюється випадковим чином (по знаку і значенню) в серіЇ повторних вимірювань одного і того ж розміру величини з однаковою ретельністю. У появі цього виду погрішності не спостерігається якоЇ-небудь закономірності. Вони неминучі і неусувні, завжди присутні в результатах вимірювання. При багатократному і достатньо точному вимірюванні вони породжують розсіяння результатів.

Характеристиками розсіяння є середня арифметична погрішність, середня квадратична погрішність, розмах результатів вимірювань. Оскільки розсіяння носить імовірнісний характер, то при вказівці на значення випадковоЇ погрішності задають вірогідність.

Вкажемо як приклад на дві нормовані метрологічні характеристики, що відображають точність СІ.

Довірча погрішність - верхня і нижня межі інтервалу погрішності результату вимірювань при даній довірчій вірогідності. Наприклад, в перевірочній схемі для гир і вагів встановлено для гир 1-3-го розрядів значення довірчоЇ абсолютноЇ погрішності (d) при вірогідності 0,95.

Середня квадратична погрішність (середнє квадратичне відхилення (Sd) - характеристика розсіяння результатів вимірювань однієЇ і тієЇ ж величини унаслідок впливу випадкових погрішностей. Застосовується для оцінки точності первинних і вторинних еталонів. Наприклад, в перевірочній схемі для гирі як вторинного еталону (еталону-копіЇ) дано значення погрішності через такий різновид показника, як сумарна погрішність результату вимірювань (SDS).

Вона представляє середню квадратичну погрішність результату вимірювань, що складається з випадкових і не виключених систематичних погрішностей.

Нарешті, показники точності можуть встановлюватися у зв'язку з угрупуванням погрішностей СІ за умовами вимірювання.

Основна погрішність СІ - погрішність, визначувана в нормальних умовах застосування СІ.

Додаткова погрішність СІ - складова погрішності СІ, що додатково виникає унаслідок відхилення який-небудь з впливаючих величин (температури, відносноЇ вологості, напруга мережі змінного струму і ін.) від ЇЇ нормального значення.

Зазвичай метрологічні характеристики нормують роздільно для нормальних і робочих умов застосування СІ. Нормальними вважаються умови, при яких зміною характеристик під впливом зовнішніх чинників (температура, вологість і ін.) прийнято нехтувати. Так, для багатьох типів СІ нормальними умовами застосування є температура (293Ђ5) До, атмосферний тиск(100Ђ4) кпа, відносна вологість (65Ђ15)%, електрична напруга в мережі живлення 220 ВЂ10%. Робочі умови відрізняються від нормальних ширшими діапазонами зміни впливаючих величин. І ті та інші метрологічні характеристики указуються в НД.

Оцінка погрішності вимірювань СІ, використовуваних для визначення показників якості товарів, визначається специфікою застосування останніх. Наприклад, погрішність вимірювання колірного тону керамічних плиток для внутрішньоЇ обробки житла повинна бути принаймні на порядок нижче, ніж погрішність вимірювання аналогічного показника картин, що серійно випускаються, зроблених кольоровим фотодруком. Річ у тому, що різнотонність два наклеєних поряд на стіну кахляних плиток впадатиме в очі, тоді як різнотонність окремих екземплярів однієЇ картини помітно не виявиться, оскільки вони використовуються розрізнено.

Вище були детально розглянуті характеристики точності результатів вимірювань. Розглянемо два інших властивості, що визначають якість вимірювань, - збіжність і відтворюваність результатів вимірювань.

Збіжність результатів вимірювань - характеристика якості вимірювань, що відображає близькість один до одного результатів вимірювань однієЇ і тієЇ ж величини, виконаних повторно одними і тими ж засобами, одним і тим же методом, в однакових умовах і з однаковою ретельністю.

Кількісна оцінка збіжності може бути дана за допомогою різних показників. Так, в стандартах на методи визначення хімічного складу м'яса збіжність указується в різній формі: при визначенні нітриту за результат аналізу приймають середнє арифметичне з двох паралельних визначень при розбіжності по відношенню до середнього не більше 10% при Р = 0,95; при визначенні азоту різниця між результатами двох визначень, виконаних одночасно або з невеликими проміжками часу одним і тим же хіміком-аналітиком, не повинна перевищувати 0,10 г азоту на 10 г зразка.

Висока збіжність результатів вимірювання дуже важлива при оцінці показників якості товарів, що набувають споживачем у вигляді партіЇ (див. вище приклад з керамічною плиткою).

Відтворюваність результатів вимірювань - повторюваність результатів вимірювань однієЇ і тієЇ ж величини, отриманих в різних місцях, різними методами, різними операторами, в різний час, але приведених до одних і тих же умов вимірювань (температурі, тиску, вологості і ін.).

Наприклад, в стандарті на методи визначення щільності молока відтворюваність регламентується в наступній формі: розбіжність, що допускається, між результатами визначення щільності молока одним типом ареометра в різних умовах (в різний час, в різних місцях і різними операторами) не повинно перевищувати 0,8 кг/м3.

У процедурах звірення результатів аналізу якості однотипноЇ продукціЇ в різних лабораторіях рекомендується оцінювати відтворюваність по методиці, викладеній в наступному прикладі.

Номенклатура нормованих метрологічних характеристик СІ визначається призначенням, умовами експлуатаціЇ і багатьма іншими чинниками. У СІ, вживаних для високоточних вимірювань, нормується до десятка і більш метрологічних характеристик в стандартах технічних вимог (технічних умов) і ТУ. Норми на основні метрологічні характеристики приводяться в експлуатаційній документаціЇ на СІ. Облік всіх нормованих характеристик необхідний при вимірюваннях високоЇ точності і в метрологічній практиці. У повсякденній виробничій практиці широко користуються узагальненою характеристикою - класом точності.

Клас точності СІ - узагальнена характеристика, що виражається межами похибок, що припускаються (основною і додатковою), а також іншими характеристиками, що впливають на точність. Класи точності конкретного типу СІ встановлюють в НД. При цьому для кожного класу точності встановлюють конкретні вимоги до метрологічних характеристик, що в сукупності відображають рівень точності СІ даного класу. Наприклад, для вольтметрів нормують межу основноЇ похибки, що припускається, і відповідні нормальні умови; межі додаткових похибок, що припускаються; межі варіаціЇ свідчень, що допускається; неповернення покажчика до нульовоЇ відмітки. У плоскопаралельних кінцевих мерів довжини такими характеристиками є межі відхилень, що допускаються, від номінальноЇ довжини і плоськопараллельності; межі зміни довжини, що допускається, протягом року. У мерів електрорушійноЇ сили (нормальних елементів) нормують межі нестабільності, що допускається, ЕДС протягом року.

Позначення класів точності здійснюється таким чином: Якщо межі основноЇ похибки, що припускається, виражені у формі абсолютноЇ погрішності СІ, то клас точності позначається прописними буквами римського алфавіту. Класам точність, якій відповідають менші межі похибок, що припускаються, привласнюються букви, що знаходяться ближче на початок алфавіту.

Для СІ, межі основноЇ похибки яких, що припускається, прийнято виражати у формі відносноЇ погрішності, позначаються числами, які рівні цим межам, вираженим у відсотках. Так, клас точності 0,001 нормальних елементів свідчить про те, що Їх нестабільність за рік не перевищує 0,001%. Позначення класу точності наносять на циферблати, щитки і корпуси СІ, приводять в НД. СІ з декількома діапазонами вимірювань однієЇ і тієЇ ж фізичноЇ величини або призначеним для вимірювань різних фізичних величин можуть бути привласнені різні класи точності для кожного діапазону або кожноЇ вимірюваноЇ величини. Так, приладу електровимірювання, призначеному для вимірювань напруги і опору, можуть бути привласнені два класи точності: один як вольтметру, інший як омметру.

Привласнюються класи точності СІ при Їх розробці (за наслідками приймальних випробувань). У зв'язку з тим що при експлуатаціЇ Їх метрологічні характеристики зазвичай погіршуються, допускається знижувати клас. точність за наслідками перевірки (калібрування).

-- Клас точності дозволяє судити про те, в яких межах знаходиться погрішність вимірювань цього класу. Це важливо знати при виборі СІ залежно від заданоЇ точності вимірювань.

-- Точність і методика вироблюваних вимірювань вимагає окремого розгляду.

Система відтворення одиниць фізичних величин і передачі інформаціЇ про Їх розміри всім без виключення СІ в краЇні складає технічну базу забезпечення єдності вимірювань.

Відтворення одиниць фізичних величин. Відповідно до основним рівнянням вимірювання процедура зводиться до порівняння невідомого розміру з відомим, як яке виступає розмір відповідноЇ одиниці МіжнародноЇ системи. Відтворенням одиниці є сукупність операцій по матеріалізаціЇ одиниці фізичноЇ величини з найвищою в краЇні точністю за допомогою державного еталону або початкового робочого еталону. Розрізняють відтворення основних і похідних одиниць. Розміри одиниць можуть відтворюватися там же, де виконуються вимірювання (децентралізований спосіб), або інформація про них повинна передаватися з централізованого місця Їх зберігання або відтворення (централізований спосіб). Децентралізовано відтворюються одиниці багатьох похідних фізичних величин. Основні одиниці зараз відтворюються тільки централізований.

Централізоване відтворення одиниць здійснюється за допомогою спеціальних технічних засобів, званих еталонами. Еталон, що забезпечує відтворення одиниці з найвищою в краЇні (в порівнянні з іншими еталонами тієЇ ж одиниці) точністю, називається первинним еталоном. Первинні еталони - це унікальні засоби вимірювань, що часто є складними вимірювальними комплексами, створеними з урахуванням новітніх досягнень науки і техніки на даний період. Еталон, що забезпечує відтворення одиниці в особливих умовах і службовець для цих умов, називається спеціальним еталоном. Офіційно затверджені як початковий для краЇни первинний або спеціальний еталони називаються державними.

Еталон, одержуючий розмір одиниці шляхом звірення з первинним еталоном даноЇ одиниці, називається вторинним еталоном.

Еталон повинен відповідати трьом основним вимогам:

-- незмінність (здатність утримувати незмінним розмір відтворноЇ ним одиниці протягом тривалого інтервалу часу);

-- відтворюваність (відтворення одиниці з найменшою погрішністю для даного рівня розвитку вимірювальноЇ техніки);

-- слічаємість (здатність не зазнавати змін і не вносити яких-небудь спотворень при проведенні звірень).

Державні еталони є національним надбанням і тому повинні зберігатися в метрологічних інститутах краЇни в спеціальних еталонних приміщеннях, де підтримується строгий режим по вологості, температурі, вібраціям і іншим параметрам. Для забезпечення єдності вимірювань фізичних величин в міжнародному масштабі велике значення мають міжнародні звірення національних державних еталонів. Ці звірення допомагають виявити систематичні погрішності відтворення одиниці національними еталонами, встановити, наскільки національні еталони відповідають міжнародному рівню, і намітити шляхи вдосконалення національних (державних) еталонів.

Передача розміру одиниці є приведенням розміру одиниці фізичноЇ величини, що зберігається СІ, що повіряється, до розміру одиниці, що відтворноЇ або зберігається еталоном. Передача розміру здійснюється при звіренні цих одиниць. При передачі інформаціЇ про розмір одиниць широкого парку СІ доводиться удаватися до багатоступінчастоЇ процедури.

За розміром одиниці, відтворним державним еталоном, встановлюються значення фізичних величин, відтворні вторинними еталонами.

Серед вторинних еталонів розрізняють:

Самим поширеними за чисельністю парка вторинними еталонами є робочі еталони різних розрядів - 1,2, 3-го (іноді 4-го). Від робочих еталонів нижчого розряду розмір передається робочим засобам вимірювання (РЗВ). Число РЗВ по кожному з видів вимірювань досягає сотень тисяч і навіть мільйонів екземплярів (наприклад, термометри, манометри).

РЗВ володіє різною точністю вимірювань найбільш точні РЗВ при перевірці (калібруванню) отримують розмір від вторинних еталонів або робочих еталонів 1-го розряду; найменш точні - від еталонів нижчого розряду (3-го або 4-го).

Як методи передачі інформаціЇ про розмір одиниць використовують методи безпосереднього звірення (тобто звірення міри з мірою або свідчень двох приладів), а також звірення за допомогою компаратора.

Безпосереднє звірення застосовують, як правило, для менш точних мерів. Безпосередньо звіряти можна тільки штрихові міри довжини (лінійка, метри брусків, рулетки), заходи місткості (вимірювальні циліндри, бюретки, піпетки, мірні колби і тому подібне). Для точнішоЇ перевірки використовують прилади-порівняння компаріруючі пристроЇ. Найчастіше застосовують наступні компаратори: зразкові ваги різних розрядів (при перевірці гир), мости постійного і змінного струму (при звіренні мерів опору і ЕДС нормальних елементів).

На кожному ступені передачі інформаціЇ про розмір одиниці точність втрачається в 3 - 5 разів (іноді в 1,25 - 10 разів). Значить, при багатоступінчастій передачі еталонна точність не доходить до споживача. Тому для високоточних СІ число ступенів може бути скорочене аж до передачі ним інформаціЇ безпосередньо від робочих еталонів 1-го розряду.

Перевірочні схеми СІ є документом, який встановлює супідрядність СІ, що беруть участь в передачі розміру одиниці від еталону до робочих СІ з вказівкою методів і погрішності при передачі. Розрізняють державні і локальні перевірочні схеми. Державні схеми регламентують передачу інформаціЇ про розмір одиниці всьому парку СІ в краЇні. На чолі цієЇ схеми знаходиться державний еталон.

Державні перевірочні схеми закладаються в основу державних стандартів. Локальні перевірочні схеми розповсюджуються на СІ, що підлягають перевірці, організовуваній МС міністерства (відомства) або МС юридичноЇ особи.

Систему передачі образно представляють у вигляді піраміди: у підставі знаходиться сукупність РСИ; вершину займає державний еталон; на проміжних площинах - робочі еталони різних розрядів. Від підставі до вершини зменшується погрішність СІ, росте Їх вартість, знижується "тираж" виготовлення.

Процес передачі розміру одиниць відбувається при перевірці і калібруванні СІ. Перевірка і калібрування є набором операцій, що виконуються з метою визначення і підтвердження відповідності СІ встановленим технічним вимогам.

Принципова відмінність перевірки від калібрування полягає в тому, що перевірка:

-- Носить обов'язковий, характер і проводиться в рамках державного метрологічного контролю.

-- Проводиться відносно СІ, які застосовуються в законодавчо встановлених (Закон РФ "о забезпеченні єдності вимірювань") сферах, головним чином невиробничих, - охорона здоров'я, охорона навколишнього середовища, торгові операціЇ, державні облікові операціЇ, забезпечення оборони держави, банківські, податкові, митні операціЇ і ін.

Суб'єкти метрологіЇ

-- Державна метрологічна служба УкраЇни (ДМС).

-- Метрологічні служби федеральних органів виконавчій владі і юридичних осіб (МС).

-- Міжнародні метрологічні організаціЇ.

Державна метрологічна служба знаходиться у веденні Держспоживстандарту і включає:

-- державні наукові метрологічні центри (ДНМЦ);

-- органи ДМС в суб'єктах УкраЇни(на територіЇ республік, автономних областей, автономних округів, краЇв, областей), а також міст Києва і Севастополя.

Держстандарт здійснює керівництво трьома державними довідковими службами: Державною службою часу, частоти і визначення параметрів обертання Землі (ДСВЧ), Державною службою стандартних зразків складу і властивостей речовин і матеріалів (ДССЗ) і Державною службою стандартних довідкових даних про фізичні константи і властивості речовин і матеріалів (ДССДД).

ДСВЧ здійснює міжрегіональну і міжгалузеву координацію робіт по забезпеченню єдності вимірювань часу, частоти і визначення параметрів обертання Землі. Про цю службу рядовий житель краЇни дізнається 2 рази на рік - при переході на літній і зимовий час. Споживачами вимірювальноЇ інформаціЇ ДСВЧ є служби навігаціЇ і управління літаками, судами і супутниками, Єдина енергетична система і ін.

ДССЗ забезпечує створення і застосування системи стандартних (еталонних) зразків складу і властивостей речовин і матеріалів - металів і сплавів, нафтопродуктів, медичних препаратів, зразків ґрунтів, зразків твердості різних матеріалів, зразків газів і газових сумішей і ін. Практичне значення ДССЗ показано вище.

ДССДД забезпечує розробку достовірних даних про фізичні константи, про властивості речовин і матеріалів, зокрема конструкційних матеріалів, мінеральноЇ сировини, нафти, газу і ін. Споживачами інформаціЇ ДССДД є організаціЇ, що проектують вироби техніки, до точності характеристик якоЇ пред'являються особливо жорсткі вимоги. Конструктори цієЇ техніки не можуть покладатися на суперечливу інформацію про показники властивостей, що міститься в довідковій літературі.

Метрологічні служби регіональних органів виконавчій владі і юридичних осіб можуть створюватися в міністерствах (відомствах), організаціях, на підприємствах і в установах, що є юридичними особами для виконання робіт по забезпеченню єдності і необхідноЇ точності вимірювань, здійснення метрологічного контролю і нагляду.

При виконанні робіт в сферах, передбачених Законом УкраЇни про стандлартизацію і метрологію створення МС для забезпечення - єдність вимірювань є обов'язковим. Так, MG створені в Мінохоронздоров'я, Мінатомі, , Міноборони і інших органах виконавчоЇ влади. Має рацію і обов'язки МС визначаються положеннями про них, затверджуваними керівниками органів управління або юридичних осіб.

Якщо на достатньо крупних підприємствах (у законодавчо затверджених сферах) організовуються повноцінні МС, то на невеликих підприємствах Держспоживстандарт рекомендує призначати осіб, відповідальних за забезпечення єдності вимірювань. Для відповідальних осіб затверджується посадова інструкція, в якій встановлюються Їх функціЇ, має рацію, обов'язки і відповідальність.

Міжнародні метрологічні організаціЇ діють з кінця XIX в. Як вже наголошувалося вище, в 1875 р. 17 держав, до числа яких входила Росія, підписали в Парижі. Метричну конвенцію, яка, по суті, з'явилася першим міжнародним стандартом. При цьому було створено першу міжнародну метрологічну установу - Міжнародне бюро мір і ваг (МБМВ), яке до цих пір активно функціонує, координуючи діяльність метрологічних організацій більш ніж 100 краЇн. МБМВ розташовується у ФранціЇ, в р. Севр. МБМВ зберігає міжнародні прототипи метра і кілограма і деякі інші еталони, а також організовує періодичне звірення національних еталонів з міжнародними. Керівництво діяльністю МБМВ здійснюється Міжнародним комітетом мір і ваг (МКМВ), створеним одночасно з МБМВ.

В середньому раз на 4 роки збирається Генеральна конференція по заходах і вагах, що приймає загальні, найбільш важливі для розвитку метрологіЇ і вимірювальноЇ техніки рішення.

У 1956 р. була установлена Міжнародна організація законодавчоЇ метрологіЇ (МОЗМ), членами якоЇ (на період 1998 р.) є 85 краЇн світу. МОЗМ розробляє загальні питання законодавчоЇ метрологіЇ: встановлення класів точності СІ; забезпечення одноманітності певних типів, зразків і систем вимірювальних приладів; рекомендаціЇ по Їх випробуваннях з метою встановлення одноманітності метрологічних характеристик СІ незалежно від краЇни-виробника; порядок перевірки і калібрування СІ і ін.

УкраЇна бере участь в ОрганізаціЇ співпраці державних метрологічних установ жнив ЦентральноЇ і СхідноЇ Європи (КООМЕТ). ОрганізаціЇ РосіЇ ведуть або беруть участь в реалізаціЇ 60% тим КООМЕТ.

Підсумки багаторічноЇ діяльності міжнародних організацій дуже результативні. Завдяки Їх зусиллям в більшості краЇн світу прийнята Міжнародна система одиниць фізичних величин (SI) діє зіставна термінологія, прийняті рекомендаціЇ по способах нормування метрологічних характеристик СІ, по сертифікаціЇ СІ, по випробуваннях СІ перед випуском серійноЇ продукціЇ.

ДМСЦ УкраЇни в своЇй діяльності враховує документи регіональних міжнародних метрологічних організацій, а також зарубіжних і національних метрологічних організацій США, ВеликобританіЇ і ін.

Цілий ряд положень теоретичноЇ і практичноЇ метрологіЇ, направлених на забезпечення (єдність вимірювань і одноманітність СВ, потребує регламентаціЇ і контролю з боку держави. До таких положень відносяться: вибір основних фізичних величин; встановлення розмірів основних одиниць і правила утворення похідних одиниць спосіб відтворення і передачі інформаціЇ про розмір одиниць; вибір нормованих метрологічних характеристик СВ; встановлення норм точності СВ і обмеження точності вимірювань; вибір методик вимірювань; діяльність метрологічних служб; організація державного метрологічного контролю.

Відповідно до принципів побудови правовоЇ держави норми, що охороняють інтереси держави і захищаючі права його громадян (метрологічні вимоги відносяться саме до цієЇ категоріЇ норм), повинні встановлюватися актом, що має силу закону. Іншими словами, основні метрологічні правила повинні бути об'єктом закону. В УкраЇні загальні правила і вимоги в області метрологіЇ відбиті в Законі "Про забезпеченні єдності вимірювань". Конкретні положення в області законодавчоЇ метрологіЇ регламентуються НД - стандартами, правилами, рекомендаціями і ін.

Комплекс нормативних документів, що встановлюють правила,, норми, вимоги, направлені на досягнення і підтримку єдності вимірювань в краЇні при необхідній точності, складає державну систему забезпечення єдності вимірювань (ДСВ).

Як і у сфері стандартизаціЇ, нормативну базу метрологіЇ можна представити у вигляді ієрархічноЇ піраміди:

Закон УкраЇни" про метрологію і метрологічну діяльність"

державні стандарти (ГОСТ, ДСТУ) системи ДСВ;

РекомендаціЇ (гриф "МІ") системи ДСВ, що розробляються метрологічними інститутами як державними метрологічними науковими центрами і затверджуваними керівництвом цих центрів.

В цілому ДСВ налічує більше 2400 НД (стандартів, правив, рекомендацій). 75% від всієЇ нормативноЇ бази складають МВ. Їх широке розповсюдження пояснюється можливістю Їх розробки в коротші терміни і при меншій вартості, чим стандартів (у 3 - 4 рази і 2 - 3 рази відповідно).

Основними об'єктами регламентаціЇ в ДСВ є [32]:

-- загальні правила і норми по метрологіЇ (близько 160 НД);

-- державні перевірочні схеми (близько 180 НД);

Поняття про методи вимірювань

Метод вимірювань - прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваноЇ фізичноЇ величини з ЇЇ одиницею відповідно до реалізованого принципу вимірювань.

Методи вимірювань класифікують по декількох ознаках.

По загальних прийомах отримання результатів вимірювань розрізняють:

-- прямий метод вимірювань;

-- непрямий метод вимірювань.

Перший реалізується при прямому вимірюванні, другий - при непрямому вимірюванні, які описані вищим.

За умовами вимірювання розрізняють:

-- контактний методи вимірювань;

-- безконтактний методи вимірювань.

Контактний метод вимірювань заснований на тому, що чутливий елемент приладу приводиться в контакт з об'єктом вимірювання (вимірювання температури тіла термометром). Безконтактний метод вимірювань заснований на тому, що чутливий елемент приладу де приводиться в контакт з об'єктом вимірювання (зміна відстані до об'єкту радіолокатором, зміна температури в доменній печі пірометром).

Виходячи із способу порівняння вимірюваноЇ величини з ЇЇ одиницею, розрізняють методи безпосередньоЇ оцінки і метод порівняння з мірою.

При методі безпосередньоЇ оцінки визначають значення величини безпосередньо по відліковому пристрою показуючого СІ (термометр, вольтметр і ін.). Міра, що відображає одиницю вимірювання, у вимірюванні не бере участь. ЇЇ роль грає в СІ шкала, проградуйована при його виробництві за допомогою достатніх точних СІ.

При методі порівняння з мірою вимірювану величину порівнюють з величиною, відтворною мірою.

Метрологічні властивості СІ - це властивості, що впливають на результат вимірювань і його погрішність. Показники метрологічних властивостей є Їх кількісною характеристикою і називаються метрологічними характеристиками.

Метрологічні характеристики, встановлювані НД, називають нормованими метрологічними характеристиками.

Всі метрологічні властивості СІ можна розділити на дві групи:

-- Властивості, що визначають область застосування СІ.

-- Властивості, що визначають якість вимірювання.

До основних метрологічних характеристик, що визначають властивості першоЇ групи, відносяться діапазон вимірювань і поріг чутливості.

Діапазон вимірювань - область значень величини, в межах яких нормовані межі погрішності, що допускаються. Значення величини, що обмежують діапазон вимірювань знизу або зверху (зліва і справа), називають відповідно нижньою або верхньою межею вимірювань.

Поріг чутливості - найменша зміна вимірюваноЇ величини, яка викликає помітну зміну вихідного сигналу. Наприклад, якщо поріг чутливості вагі рівний 10 міліграм, то це означає, що помітне переміщення стрілки ваг досягається при такій малій зміні маси, як 10 міліграм.

До метрологічних властивостей другоЇ групи відносяться три головні властивості, що визначають якість вимірювань: точність, збіжність і відтворюваність вимірювань.

Найширше в метрологічній практиці використовується перша властивість - точність вимірювань. Розглянемо його найдетальніше. Точність вимірювань СІ визначається Їх погрішністю.

Погрішність - це різниця між свідченнями СІ і дійсним (дійсним) значенням вимірюваноЇ фізичноЇ величини. Оскільки дійсне значення фізичноЇ величини невідоме, то на практиці користуються ЇЇ дійсним значенням. Для робочого СІ за дійсне значення приймають свідчення робочого еталону нижчого розряду (допустимо, 4-го), для еталону 4-го розряду, у свою чергу, - значення фізичноЇ величини, отримане за допомогою робочого еталону 3-го розряду. Таким чином, за базу для порівняння приймають значення СІ, яке є в перевірочній схемі вищестоящим по відношенню до підлеглого СІ, підмету перевірці.

Dxn = Xn-x0

Де:

-- Dxn - погрішність СІ, що повіряється;

-- Xn - значення тієЇ ж самоЇ величини, знайдене за допомогою СІ, що повіряється;

-- X0 - значення СІ, прийняте за базу для порівняння, - дійсне значення.

Наприклад, при вимірюванні барометром атмосферного тиску набуте значення Xn = 1017 гпа. За дійсне значення прийнято свідчення робочого еталону, яке дорівнювало X0 = 1020 гпа. Отже, погрішність вимірювання барометром склала:

Dxn = 1017-1020 = -3 гпа.

Погрішності СІ можуть бути класифіковані по ряду ознак, зокрема:

-- за способом виразу - абсолютні, відносні;

-- по характеру прояви - систематичні, випадкові;

-- по відношенню до умов застосування основні, додаткові.

Найбільшого поширення набули метрологічні властивості, пов'язані з першим угрупуванням, - з абсолютними і відносними погрішностями.

Точність вимірювань СІ - якість вимірювань, що відображає близькість Їх результатів до дійсного (істинному) значення вимірюваноЇ величини. Точність визначається показниками абсолютноЇ і "відносноЇ погрішності.

Визначувана по формулі Dxn є абсолютною погрішністю. Проте більшою мірою точність СІ характеризує відносна погрішність, тобто виражене у відсотках відношення абсолютноЇ погрішності до дійсного значення величини, вимірюваноЇ або відтворноЇ даним СІ.

Точність може бути виражена зворотною величиною відносноЇ погрішності - 1/d . Якщо погрішність d = 0,1% або 0,001=10-3, то точність рівна 103.

У стандартах нормує характеристики точність, пов'язана з іншими погрішностями.

Систематична погрішність - складова погрішності результату вимірювання, що залишається постійною (або ж що закономірно змінюється) при повторних вимірюваннях однієЇ і тієЇ ж величини. ЇЇ прикладом може бути погрішність градуювання, зокрема погрішність показань приладу з круговою шкалою і стрілкою, якщо вісь останньою зміщена на деяку величину щодо центру шкали. Якщо ця погрішність відома, то ЇЇ виключають з результатів різними способами, зокрема введенням поправок.

При нормуванні систематичноЇ погрішності, що становить, СІ встановлюють межі систематичноЇ похибки СІ, що припускається, - конкретного типу - D. Величина систематичноЇ погрішності визначає таку метрологічну властивість, як правильність вимірювань СІ.

Випадкова погрішність - складова погрішності результату вимірювання, що змінюється випадковим чином (по знаку і значенню) в серіЇ повторних вимірювань одного і того ж розміру величини з однаковою ретельністю. У появі цього виду погрішності не спостерігається якоЇ-небудь закономірності. Вони неминучі і неусувні, завжди присутні в результатах вимірювання. При багатократному і достатньо точному вимірюванні вони породжують розсіяння результатів.

Характеристиками розсіяння є середня арифметична погрішність, середня квадратична погрішність, розмах результатів вимірювань. Оскільки розсіяння носить імовірнісний характер, то при вказівці на значення випадковоЇ погрішності задають вірогідність.

Вкажемо як приклад на дві нормовані метрологічні характеристики, що відображають точність СІ.

Довірча погрішність - верхня і нижня межі інтервалу погрішності результату вимірювань при даній довірчій вірогідності. Наприклад, в перевірочній схемі для гир і ваг встановлено для гир 1-3-го розрядів значення довірчоЇ абсолютноЇ погрішності (d) при вірогідності 0,95.

Середня квадратична погрішність (середнє квадратичне відхилення (Sd) - характеристика розсіяння результатів вимірювань однієЇ і тієЇ ж величини унаслідок впливу випадкових погрішностей. Застосовується для оцінки точності первинних і вторинних еталонів. Наприклад, в перевірочній схемі для гирі як вторинного еталону (еталону-копіЇ) дано значення погрішності через такий різновид показника, як сумарна погрішність результату вимірювань (SDS).

Вона представляє середню квадратичну погрішність результату вимірювань, що складається з випадкових і не виключених систематичних погрішностей.

Нарешті, показники точності можуть встановлюватися у зв'язку з угрупуванням погрішностей СІ за умовами вимірювання.

Основна погрішність СІ - погрішність, визначувана в нормальних умовах застосування СІ.

Додаткова погрішність СІ - складова погрішності СІ, що додатково виникає унаслідок відхилення який-небудь з впливаючих величин (температури, відносноЇ вологості, напруга мережі змінного струму і ін.) від ЇЇ нормального значення.

Зазвичай метрологічні характеристики нормують роздільно для нормальних і робочих умов застосування СІ. Нормальними вважаються умови, при яких зміною характеристик під впливом зовнішніх чинників (температура, вологість і ін.) прийнято нехтувати. Так, для багатьох типів СІ нормальними умовами застосування є температура (293Ђ5) До, атмосферний тиск(100Ђ4) кпа, відносна вологість (65Ђ15)%, електрична напруга в мережі живлення 220 ВЂ10%. Робочі умови відрізняються від нормальних ширшими діапазонами зміни впливаючих величин. І ті та інші метрологічні характеристики указуються в НД.

Оцінка погрішності вимірювань СІ, використовуваних для визначення показників якості товарів, визначається специфікою застосування останніх. Наприклад, погрішність вимірювання колірного тону керамічних плиток для внутрішньоЇ обробки житла повинна бути принаймні на порядок нижче, ніж погрішність вимірювання аналогічного показника картин, що серійно випускаються, зроблених кольоровим фотодруком. Річ у тому, що різнотонність два наклеєних поряд на стіну кахляних плиток впадатиме в очі, тоді як різнотонність окремих екземплярів однієЇ картини помітно не виявиться, оскільки вони використовуються розрізнено.

Вище були детально розглянуті характеристики точності результатів вимірювань. Розглянемо два інших властивості, що визначають якість вимірювань, - збіжність і відтворюваність результатів вимірювань.

Збіжність результатів вимірювань - характеристика якості вимірювань, що відображає близькість один до одного результатів вимірювань однієЇ і тієЇ ж величини, виконаних повторно одними і тими ж засобами, одним і тим же методом, в однакових умовах і з однаковою ретельністю.

Кількісна оцінка збіжності може бути дана за допомогою різних показників. Так, в стандартах на методи визначення хімічного складу м'яса збіжність указується в різній формі: при визначенні нітриту за результат аналізу приймають середнє арифметичне з двох паралельних визначень при розбіжності по відношенню до середнього не більше 10% при Р = 0,95; при визначенні азоту різниця між результатами двох визначень, виконаних одночасно або з невеликими проміжками часу одним і тим же хіміком-аналітиком, не повинна перевищувати 0,10 г азоту на 10 г зразка.

Висока збіжність результатів вимірювання дуже важлива при оцінці показників якості товарів, що набувають споживачем у вигляді партіЇ (див. вище приклад з керамічною плиткою).

Відтворюваність результатів вимірювань - повторюваність результатів вимірювань однієЇ і тієЇ ж величини, отриманих в різних місцях, різними методами, різними операторами, в різний час, але приведених до одних і тих же умов вимірювань (температурі, тиску, вологості і ін.).

Наприклад, в стандарті на методи визначення щільності молока відтворюваність регламентується в наступній формі: розбіжність, що допускається, між результатами визначення щільності молока одним типом ареометра в різних умовах (в різний час, в різних місцях і різними операторами) не повинно перевищувати 0,8 кг/м3.

У процедурах звірення результатів аналізу якості однотипноЇ продукціЇ в різних лабораторіях рекомендується оцінювати відтворюваність по методиці, викладеній в наступному прикладі.

Номенклатура нормованих метрологічних характеристик СІ визначається призначенням, умовами експлуатаціЇ і багатьма іншими чинниками. У СІ, вживаних для високоточних вимірювань, нормується до десятка і більш метрологічних характеристик в стандартах технічних вимог (технічних умов) і ТУ. Норми на основні метрологічні характеристики приводяться в експлуатаційній документаціЇ на СІ. Облік всіх нормованих характеристик необхідний при вимірюваннях високоЇ точності і в метрологічній практиці. У повсякденній виробничій практиці широко користуються узагальненою характеристикою - класом точності.

Клас точності СІ - узагальнена характеристика, що виражається межами похибок, що припускаються (основною і додатковою), а також іншими характеристиками, що впливають на точність. Класи точності конкретного типу СІ встановлюють в НД. При цьому для кожного класу точності встановлюють конкретні вимоги до метрологічних характеристик, що в сукупності відображають рівень точності СІ даного класу. Наприклад, для вольтметрів нормують межу основноЇ похибки, що припускається, і відповідні нормальні умови; межі додаткових похибок, що припускаються; межі варіаціЇ свідчень, що допускається; неповернення покажчика до нульовоЇ відмітки. У плоскопаралельних кінцевих мерів довжини такими характеристиками є межі відхилень, що допускаються, від номінальноЇ довжини і плоскопараллельності; межі зміни довжини, що допускається, протягом року. У мерів електрорушійноЇ сили (нормальних елементів) нормують межі нестабільності, що допускається, ЕДС протягом року.

Позначення класів точності здійснюється таким чином.

Якщо межі основноЇ похибки, що припускається, виражені у формі абсолютноЇ погрішності СІ, то клас точності позначається прописними буквами римського алфавіту. Класам точність, якій відповідають менші межі похибок, що припускаються, привласнюються букви, що знаходяться ближче на початок алфавіту.

Для СІ, межі основноЇ похибки яких, що припускається, прийнято виражати у формі відносноЇ погрішності, позначаються числами, які рівні цим межам, вираженим у відсотках. Так, клас точності 0,001 нормальних елементів свідчить про те, що Їх нестабільність за рік не перевищує 0,001%. Позначення класу точності наносять на циферблати, щитки і корпуси СІ, приводять в НД. СІ з декількома діапазонами вимірювань однієЇ і тієЇ ж фізичноЇ величини або призначеним для вимірювань різних фізичних величин можуть бути привласнені різні класи точності для кожного діапазону або кожноЇ вимірюваноЇ величини. Так, приладу електровимірювання, призначеному для вимірювань напруги і опору, можуть бути привласнені два класи точності: один як вольтметру, інший як омметру.

Привласнюються класи точності СІ при Їх розробці (за наслідками приймальних випробувань). У зв'язку з тим що при експлуатаціЇ Їх метрологічні характеристики зазвичай погіршуються, допускається знижувати клас. точність за наслідками перевірки (калібрування).

-- Клас точності дозволяє судити про те, в яких межах знаходиться погрішність вимірювань цього класу. Це важливо знати при виборі СІ залежно від заданоЇ точності вимірювань.

-- Точність і методика вироблюваних вимірювань вимагає окремого розгляду.

Система відтворення одиниць фізичних величин і передачі інформаціЇ про Їх розміри всім без виключення СІ в краЇні складає технічну базу забезпечення єдності вимірювань.

Відтворення одиниць фізичних величин. Відповідно до основним рівнянням вимірювання процедура зводиться до порівняння невідомого розміру з відомим, як яке виступає розмір відповідноЇ одиниці МіжнародноЇ системи. Відтворенням одиниці є сукупність операцій по матеріалізаціЇ одиниці фізичноЇ величини з найвищою в краЇні точністю за допомогою державного еталону або початкового робочого еталону. Розрізняють відтворення основних і похідних одиниць. Розміри одиниць можуть відтворюватися там же, де виконуються вимірювання (децентралізований спосіб), або інформація про них повинна передаватися з централізованого місця Їх зберігання або відтворення (централізований спосіб). Децентралізовано відтворюються одиниці багатьох похідних фізичних величин. Основні одиниці зараз відтворюються тільки централізований.

Централізоване відтворення одиниць здійснюється за допомогою спеціальних технічних засобів, званих еталонами. Еталон, що забезпечує відтворення одиниці з найвищою в краЇні (в порівнянні з іншими еталонами тієЇ ж одиниці) точністю, називається первинним еталоном. Первинні еталони - це унікальні засоби вимірювань, що часто є складними вимірювальними комплексами, створеними з урахуванням новітніх досягнень науки і техніки на даний період. Еталон, що забезпечує відтворення одиниці в особливих умовах і службовець для цих умов, називається спеціальним еталоном. Офіційно затверджені як початковий для краЇни первинний або спеціальний еталони називаються державними.

Еталон, одержуючий розмір одиниці шляхом звірення з первинним еталоном даноЇ одиниці, називається вторинним еталоном.

Еталон повинен відповідати трьом основним вимогам:

-- незмінність (здатність утримувати незмінним розмір відтворноЇ ним одиниці протягом тривалого інтервалу часу);

-- відтворюваність (відтворення одиниці з найменшою погрішністю для даного рівня розвитку вимірювальноЇ техніки);

-- слічаємість (здатність не зазнавати змін і не вносити яких-небудь спотворень при проведенні звірень).

Державні еталони є національним надбанням і тому повинні зберігатися в метрологічних інститутах краЇни в спеціальних еталонних приміщеннях, де підтримується строгий режим по вологості, температурі, вібраціям і іншим параметрам. Для забезпечення єдності вимірювань фізичних величин в міжнародному масштабі велике значення мають міжнародні звірення національних державних еталонів. Ці звірення допомагають виявити систематичні погрішності відтворення одиниці національними еталонами, встановити, наскільки національні еталони відповідають міжнародному рівню, і намітити шляхи вдосконалення національних (державних) еталонів.

У 1998 р. еталонна база РосіЇ була представлена 116 державними еталонами, 250 вторинними еталонами, 70 установками вищоЇ точності і державними стандартними зразками в кількості більше 7500.

Передача розміру одиниці є приведенням розміру одиниці фізичноЇ величини, що зберігається СІ, що повіряється, до розміру одиниці, що відтворноЇ або зберігається еталоном. Передача розміру здійснюється при звіренні цих одиниць. При передачі інформаціЇ про розмір одиниць широкого парку СІ доводиться удаватися до багатоступінчастоЇ процедури.

За розміром одиниці, відтворним державним еталоном, встановлюються значення фізичних величин, відтворні вторинними еталонами.

Серед вторинних еталонів розрізняють:

-- еталони-порівняння, вживані для звірення еталонів, які по тих або інших причинах не можуть безпосередньо звірятися один з одним;

-- еталони-свідки, призначені для перевірки збереження і незмінності держ