Актуальность первичных и вторичных эталонов обусловлена особенно сильным влиянием, что система эталонов оказывает на всю мировую экономику, во всех её отраслях.
Цель работы – изучить первичные и вторичные эталоны, а также понятия, прямо или косвенно с ними связанные.
Задачи:
Работа состоит из: введения, теоретической и практической частей, заключения и списка используемой литературы и интернет источников.
I. Теоретическая часть по теме «Первичные и вторичные эталоны»
Эталон (фр. «etalon») —
Попытка ввести эталоны была предпринята ещё в 1136 г. в Великом Новгороде. Там был утверждён устав «О церковных судах, и о людях, и о мерах торговли». «Мерила торговли» включали в себя: «пуд медовый, гривенку рублёвую, локоть еваньский». Всем торговым людям предписывалось «торговые все весы и мерила блюсти без пакости, ни умаливати, ни умноживати, а на всякий год извещати…», что значило — соблюдать эталоны длины и веса, а также ежегодно сверять с ними свои гири и мерила. Сами же эталоны хранились в церкви Евань (Ивана) на Опоках.
Самыми первыми официально утвержденными эталонами были прототипы метра и килограмма, изготовленные во Франции, которые в 1799 г. были переданы на хранение в Национальный архив Франции, поэтому их стали называть «метр Архива» и «килограмм Архива». С 1872 г. килограмм стал определяться как равный массе «килограмма Архива».
По мере развития науки и техники появилась нужда в большом количестве других эталонов. Например, эталон частоты, времени, температуры, напряжения и т. д.. Прогресс не только вводил новые эталоны, но и повышал точность старых. Метр в настоящее время определён как длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.
Для метрологической цели – обеспечения единства измерений – создаются эталоны основных единиц физических величин, построенные, как правило, в соответствии с их определением и обеспечивающие наивысшую точность, доступную на данный момент.
В основе воспроизведения размеров единиц основных величин лежат высокостабильные физические явления (преимущественно квантовые).
Однако, как показала практика, для производных единиц также целесообразно создавать эталоны, основанные на физических явлениях, а не реализовывать передачу размера в соответствии с определяющим уравнением.
Эталон должен обладать взаимосвязанными свойствами: воспроизводимостью, неизменностью и сличаемостью.
Эталон и классификация эталонов
... эталонов Понятие Эталон Единицы является собирательным и включает в себя целый ряд производных понятий-эталонов, таких как "государственный эталон единицы", "первичный эталон", "специальный эталон", "вторичный эталон", "эталон-копия", "эталон сравнения", "эталон-свидетель" и "рабочий эталон". Такое многообразие эталонов, обусловлено структурой и ...
Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы физической величины (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Это достигается постоянным исследованием эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.
Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени, при этом все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идее создания «естественных» эталонов различных величин, основанных на физических постоянных.
Сличаемость – возможность обеспечения сличения нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерения. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в результаты сличений и сами не претерпевают изменений при проведении сличения. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных.
Сличение может быть ключевым (выбранным из ряда таких сличений консультативным комитетом Международного комитета по мерам и весам для проверки специальных приемов и методов в данной области измерений) и дополнительным (не охватываемых ключевыми сличениями эталонов единиц величин, например, сличение эталонов единиц величин для поддержки доверия к сертификатам калибровки средств измерений.)
Установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет, а электрические и световые эталоны – один раз в 3 года.
Эталонную базу Российской Федерации составляет совокупность первичных государственных, вторичных и рабочих эталонов и являющихся основой обеспечения единства измерений в стране. В настоящее время различают следующую классификацию, определяющую эталонную базу РФ: государственный первичный, вторичный, рабочий.
Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений.
Также существует так называемый специальный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и заменяющий для этих условий первичный эталон. Единица, воспроизводимая с помощью специального эталона, по размеру должна быть согласована с единицей, воспроизводимой с помощью соответствующего первичного эталона.
Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.
Государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.
Государственная эталонная база России содержит 133 государственных первичных эталона, из которых 7 воспроизводят основные единицы международной системы единиц (СИ).
Хранителями первичных эталонов являются государственные научные метрологические институты. Четыре из семи первичных эталонов, воспроизводящих единицы СИ, хранятся в Санкт-Петербурге во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева: эталон единицы длины (метра); эталон единицы массы (килограмма); эталон единицы силы постоянного электрического тока (ампера); эталон единицы температуры (кельвина) в диапазоне от 0 до 3000 C. Два находятся в пос. Менделеево Московской области во ВНИИФТРИ: эталон единицы времени (секунды), частоты (герца) и национальной шкалы времени, а также эталон единицы температуры (кельвина) в диапазоне от 0,8 до 273,16 К. Государственный первичный эталон единицы силы света (канделы) и светового потока непрерывного излучения хранится во ВНИИОФИ (Москва).
|
№ п/п |
Номер по реестру |
Наименование государственного первичного эталона |
Институт-хранитель государственного первичного эталона |
|
1 |
ГЭТ1-98 |
ГПЭ единицы времени-секунды, единицы частоты-Герца и национальной шкалы времени |
ФГУП «ВНИИФТРИ» |
|
2 |
ГЭТ2-85 |
ГПЭ единицы длины |
ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» |
|
3 |
ГЭТ3-2008 |
ГПЭ единицы массы (килограмма) |
ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» |
|
4 |
ГЭТ4-91 |
ГПЭ единицы силы постоянного электрического тока |
ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» |
|
5 |
ГЭТ5-2003 |
ГПЭ единицы силы света и светового потока непрерывного излучения |
ФГУП «ВНИИОФИ» |
|
6 |
ГЭТ6-95 |
ГПЭ единиц активности радионуклидов, потока и плотности потока альфа-, бета-частиц и фотонов радионуклидных источников |
ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» |
|
7 |
ГЭТ7-69 |
ГПСЭ единицы массы радия |
ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» |
Таблица 1. Эталоны Российской Федерации и места их хранения
Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер н весов (МБМВ).
Важнейшая задача деятельности МБМВ состоит в систематических международных сличениях национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами, а также и между собой, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений как одного из условий международных экономических связей.
Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие (разрядные) эталоны. Размер воспроизводимой единицы вторичным эталоном сличается с государственным эталоном.
Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны (их иногда называют «эталоны-копии») могут утверждаться либо Госстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами, что связано с особенностями их использования. В некоторых странах СНГ в качестве исходного эталона единицы той или иной величины служит вторичный эталон, который получает размер единицы от первичного эталона страны — хранителя этого эталона.
Вторичные эталоны по своему метрологическому назначению подразделяются на эталоны-копии, эталоны сравнения и эталоны-свидетели.
Эталон-копия, эталон-свидетель, рабочий эталон 1-го разряда, эталон сравнения являются вторичными эталонами.
Эталон-копия – вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Пример – эталон длины из нержавеющей стали.
Эталон-свидетель – вторичный эталон, предназначенный для проверки сохранности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. Эталон-свидетель создаётся в случае, если государственный эталон является невоспроизводимым, например, эталон массы.
Эталон сравнения – вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые не могут быть непосредственно сличены друг с другом. Пример – нормальный элемент, применяемый для сличения государственного (Российской Федерации) эталона вольта с международным эталоном. Таким образом три перечисленных всегда вторичных эталона участвуют только в поддержании эталонной базы и не участвуют в передаче размера единицы физической величины рабочим средствам измерения.
Поэтому в ряде последних метрологических документов, среди первичных эталонов не выделяют специальные, а среди вторичных эталонов эталоны-свидетели, эталоны-копии и эталоны сравнения.
2 При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, …, n-й), как это было принято для ОСИ (образцовое средство измерения, устаревшее определение рабочего эталона).
В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений.
Ученый-хранитель – ответственное лицо, назначаемое для ведения работ с эталонами, наблюдения за правильным хранением, сличением и исследованием эталонов в метрологических институтах, в том числе и межденародным сличением.
Поверка средств измерений – установление органом государственной метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом, организацией) пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.
Поверку исходных эталонов органов государственной метрологической службы и уникальных средств измерений (которые не могут быть поверены этими органами) осуществляют Государственные Научные Метрологические Центры (ГНМЦ) по специализации. Также, поверке подвергают средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору. При поверке используют эталон. Поверку проводят в соответствии с обязательными требованиями, установленными нормативными документами по поверке. Поверку проводят специально обученные специалисты, аттестованные в качестве поверителей органами Государственной метрологической службы. Результаты поверки средств измерений, признанных годными к применению, оформляют выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, установленными нормативными документами по поверке. Другими официально уполномоченными органами, которым может быть предоставлено право проведения поверки, являются аккредитованные метрологические службы юридических лиц, аккредитацию которых осуществляют государственные уполномоченные органы.
Калибровка средств измерений – совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных метрологических характеристик этого средства измерений.
Калибровке могут подвергаться средства измерений, не подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору. Результаты калибровки позволяют определить действительные значения измеряемой величины, показываемые средством измерений, или поправки к его показаниям, или оценить погрешность этих средств. При калибровке могут быть определены и другие метрологические характеристики. Результаты калибровки средств измерений удостоверяются калибровочным знаком, наносимым на средства измерений, или сертификатом о калибровке, а также записью в эксплуатационных документах. Сертификат о калибровке представляет собой документ, удостоверяющий факт и результаты калибровки средства измерений, который выдается организацией, осуществляющей калибровку.
Таким образом можно сказать, что поверка и калибровка – это одна и та же совокупность операций, но проводимая различными органами.
Поверка проводится Государственной Метрологической Службой Российской Федерации (ГМС РФ), а калибровка проводится МС юридических лиц, отделов лабораторий и т.д.
Межповерочный (межкалибровочный) интервал — календарный промежуток времени, по истечении которого эталон должен быть направлен на поверку (калибровку) независимо от его технического состояния. Различают три вида межповерочных (межкалибровочных) интервалов:
Уравнение определения межповерочного (межкалибровочного) интервала выглядит так:
где t – время для которого определена вероятность безотказной работы Pм(t).
Значения Pм.отк. в зависимости от требований к измерениям:
Pм.отк. = 0,2 … 0,1 при технических измерениях:
- Pм.отк. = 0,15 … 0,05 при поверке (калибровке), градуировке;
- Pм.отк. = 0,05 … 0,01 при особо ответственных измерениях.
Средства измерений представляют собой технические средства, служащие для определения размеров измеряемых величин и имеющие нормированные метрологические свойства.
Основными видами средств измерений являются: меры, измерительные приборы, измерительный инструмент, измерительные машины, измерительные установки и измерительные принадлежности и измерительные преобразователи, применяемые только совместно с указанными выше измерительными устройствами, для расширения диапазона измерений, повышения точности и чувствительности основных средств измерений, передачи результатов измерения на расстояние и обеспечения техники безопасности. Их метрологические характеристики непосредственно влияют на результат измерений.
По метрологическому назначению средства измерений делят на образцовые и рабочие. Образцовые средства измерений предназначены для поверки по ним других средств измерений, как рабочих, так и образцовых менее высокой точности. Эта задача чисто метрологического характера, так как именно последовательный ряд образцовых средств измерений различных разрядов обеспечивает передачу размера единицы от эталона до рабочего прибора, а тем самым и сохранение единства мер в стране. Процесс передачи размера единиц от образцовых средств измерений высшей точности рабочим и образцовым средствам измерений называется поверкой, поэтому все образцовые средства измерений являются средствами поверки.
Рабочие средства измерений применяются для измерений, служащих тем или иным конкретным целям в разнообразной деятельности человека. Сущность разделения средств измерений на образцовые и рабочие лежит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.
Средства измерений предназначимые для применения в качестве образцовых, как бы ставятся в особое положение, изолируются от любых других измерений, кроме проводимых в целях поверки. К образцовым средствам измерений предъявляются более высокие требования в отношении воспроизводимости показаний, чем к аналогичным рабочим средствам измерений. Каким бы точным ни было средство измерений, применяемое для практических измерений, оно не может применяться для поверки других средств измерений. Само оно должно поверяться по образцовому средству измерений, имеющему более высокую точность.
Средства измерений могут быть представлены в виде мер, измерительных приборов, измерительных установок или измерительных машин.
Мера — тело или устройство, служащее для воспроизведения одного или нескольких известных значений данной величины для целей измерения. Также мерой может служить эталон.
Измерительный прибор — средство измерений, в котором измеряемая величина преобразуется в показание или сигнал, пропорциональный измеряемой величине в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В отличие от меры измерительный прибор не воспроизводит известное значение величины, а измеряемая величина должна подводиться к нему извне, воздействовать на него тем или иным способом.
Измерительная установка — совокупность функционально объединенных средств измерений, в которых для преобразования измеряемой величины в сигнал служат одно или несколько измерительных и ряд вспомогательных устройств, расположенных в одном месте.
Измерительные машины являются измерительными установками более узкого назначения. Как правило, они имеют большие размеры.
В основе Поверки и калибровки лежат поверочные схемы.
Поверочная схема для средств измерений – нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешности при передаче).
Различают государственные и локальные поверочные схемы:
Элементы поверочных схем:
Верхним уровнем любой поверочной схемы является эталон физической величины. От него, по цепочке измерение переходит вторичным эталонам. И от них – рабочим эталонам.
Метод передачи – каким образом размер передаётся вниз по пирамиде эталонов (от первичного эталона к эталону n-го разряда).
Методы передачи размера:
II. Практическая часть по теме «Первичные и вторичные эталоны»
Разберём работу служб с эталонами на примере Государственной метрологической службы (ГМС).
Государственная метрологическая служба включает:
Государственные научные метрологические центры (ГНМЦ) несут ответственность за создание, совершенствование, хранение и применение государственных эталонов единиц величин, а также за разработку нормативных документов по обеспечению единства измерений.
Главными центрами эталонов являются:
— ВНИИМ (специализация величины длины и массы, механические величины, теплофизические величины, ионизирующие излучения, давление, физико-химический состав и свойства веществ).
Во ВНИИМ созданы и находятся государственные первичные эталоны всех основных единиц Международной системы, кроме единиц времени и частоты. Кроме основных эталонов Международной системы единиц во ВНИИМ созданы эталоны и эталонные установки для многих единиц различных физических величин. Из общего числа государственных эталонов нашей страны около 50 % сосредоточены во ВНИИМ.
— ВНИИФТРИ (радиотехнические и магнитные величины, время и частота, акустические и гидроакустические величины, низкие температуры, ионизирующие излучения, давление, твердость, характеристики аэрозолей и т. д.), в котором хранится эталон времени.
- ВНИИОФИ (оптические и оптико-физические величины, акустооптическая спектрометрия, измерения в медицине, измерения параметров лазеров).
- СНИИМ (радиотехнические, электрические и магнитные величины и др.).
Ряд эталонов хранятся в центрах государственных эталонов: ВНИИМС, ВНИИ расходометрии, г. Казань, НПО «Дальстандарт», г. Хабаровск).
Государственная метрологическая служба (ГМС) несет ответственность за метрологическое обеспечение измерений в стране на межотраслевом уровне и осуществляет государственный метрологический контроль и надзор метрологических служб юридических лиц.
Основная деятельность органов государственной метрологической службы направлена на обеспечение единства измерений в стране. Она включает создание государственных и вторичных эталонов, разработку систем передачи размеров единиц ФВ рабочим СИ, государственный надзор за производством, состоянием, применением, ремонтом СИ, метрологическую экспертизу документации и важнейших видов продукции, методическое руководство метрологическими службами юридических лиц. Руководство государственной метрологической службой осуществляет Госстандарт.
Государственные научные метрологические центры (ГНМЦ) образуются из числа находящихся в ведении Госстандарта предприятий и организаций или их структурных подразделений, выполняющих работы по созданию, совершенствованию, хранению и применению государственных эталонов единиц величин, а также ведущих разработку нормативных документов по обеспечению единства измерений и имеющих высококвалифицированные научные кадры.
Основные функции ГНМЦ:
- создание, совершенствование, хранение и применение государственных эталонов единиц величин;
- выполнение фундаментальных и прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области метрологии, в том числе по созданию уникальных опытно-экспериментальных установок, шкал и исходных мер для обеспечения единства измерений;
- передача размеров единиц величин от государственных эталонов исходным;
- проведение государственных испытаний средств измерений;
- разработка оборудования, необходимого для оснащения органов государственной метрологической службы;
- разработка и совершенствование научных, нормативных, организационных и экономических основ деятельности по обеспечению единства измерений в соответствии со специализацией;
- метрологическая служба федеральных органов исполнительной власти, метрологическая служба предприятий и организаций, являющихся юридическими лицами взаимодействует с ГНМЦ;
- информационное обеспечение предприятий и организаций по вопросам единства измерений;
- проведение работ, связанных с деятельностью ГСВЧ, ГСССД и ГССО;
- проведение экспертизы разделов метрологического обеспечения федеральных и иных программ;
- проведение метрологической экспертизы и измерений по поручению органов суда, прокуратуры, арбитражного суда и федеральных органов исполнительной власти;
- подготовка и переподготовка высококвалифицированных кадров для метрологических служб;
- участие в сличении государственных эталонов с национальными эталонами других стран, разработке международных норм и правил.
Заключение.
При выполнении реферата была выполнена цель: изучить первичные и вторичные эталоны, а также понятия, прямо или косвенно с ними связанные.
Были выполнены задачи:
1. Изучить понятие «эталон»;
2. Изучить свойства эталона;
3. Изучить понятие «первичный эталон»;
4. Изучить понятие «вторичный эталон»;
5. Изучить понятия «калибровка» и поверка» и смежное с ними понятие «Межповерочный (межкалибровочный) интервал»;
6. Изучить средства измерения эталона;
7. Разобрать понятие «поверочная схема»;
8. Закрепить и углубить полученные знания на примере.
Цель достигнута, задачи выполнены.
Список литературы, Приложения
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/etalon-volta/
1- государственный эталон; 2- метод передачи размера единицы ФВ; 3- эталон-копия; 4- эталон-свидетель; 5- рабочий эталон; 6,7,8 — рабочие эталоны соответствующих разрядов; 9- рабочий эталон, заимствованный из других ПС; 10- рабочие средства измерений (РСИ).
Рис. Структура Государственной поверочной схемы.
