Метрологічне забезпечення засобів вимірювальної техніки для вимірювання частоти та часових інтервалів

 

Єдина національна система зв'язку України (ЄНСЗУ), а також її інтеграція у всесвітню мережу зв'язку обумовлюють особливості стандартизації галузі зв'язку, її гармонійної адаптації в міждержавні, міжнародні, регіональні і національні системи стандартизації.

Одним з основних завдань стандартизації є забезпечення єдності вимірювань. Вирішується це завдання шляхом відповідного метрологічного забезпечення (МЗ) засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) частоти, яке полягає у випробуванні, повірці і калібруванні цих ЗВТ.

Розробка, виробництво та експлуатація частотовимірювальних приладів вимагають відповідного метрологічного забезпечення. При цьому здійснюється цілий комплекс науково-технічних і організаційних заходів, направлених на підтримку єдності та необхідної точності частотних вимірювань у всіх галузях народного господарства.

З числа технічних заходів особливо слід відзначити повірку приладів, тому що вона вимагає наявності великої кількості вимірювальної апаратури і, в першу чергу, частотовимірювальної. Досить сказати, що для проведення перевірки стандарту частоти кварцового генератора потрібні: рубідієвий стандарт частоти, компаратор частотний, ЕЛЧ, мікровольтметр селективний, аналізатор спектра.

З точки зору повірочних робіт всі види частотовимірювальної апаратури можна розділити на дві групи: прилади, які вимірюють частоту, і прилади, які виробляють високостабільні електромагнітні коливання.

Прилади першої групи повіряються шляхом подачі на їх вхід високостабільних за частотою електромагнітних коливань і визначення похибки вимірювання. Похибка установки зразкової частоти та її нестабільність повинні бути, принаймні, в 3 рази менше похибки вимірювання приладу, який повіряють. Тому для повірки частотомірів застосовуються відповідні стандарти частоти, синтезатори, помножувачі частот. Похибка вимірювання частотоміра визначається в точках частотного діапазону, які регламентовані нормативно-технічною документацією (ГОСТ, інструкціями, методичними вказівками з повірки приладів). Як правило, повірка проводиться на початку, в середині і в кінці частотного діапазону приладу.

Частотовимірювальні прилади другої групи повіряються шляхом порівняння частоти вироблюваних ними електромагнітних коливань із зразковою частотою приладу, який має метрологічні характеристики, в 3 рази кращі. Для повірки таких приладів застосовуються стандарти частоти, сигнали зразкових частот, що передаються по радіо, приймачами, осцилографами.

З найвищою точністю частоту і час відтворюють за допомогою високо стабільних молекулярних генераторів.

Випробування. Випробування ЗВТ проводяться спеціалізованими організаціями, акредитованими як державні центри випробувань ЗВТ. Випробування зразків ЗВТ проводяться у встановленому порядку Держпотребстандартом. Випробування ЗВТ з метою затвердження їх типу проводять за затвердженою програмою, яка повинна містити наступні розділи: розгляд технічної документації; експериментальне дослідження ЗВТ; оформлення результатів випробувань.

Докладні вимоги до програм викладені в рекомендаціях міжнародних метрологічних органів. В ході випробувань повинні бути перевірені відповідність документації і характеристик ЗВТ технічним умовам і нормативним документам (НД), які розповсюджуються на них, включаючи методики повірки.

Відповідність ЗВТ затвердженому типу контролюється органами Державної метрологічної служби (ДМС) за місцем розташування користувачів.

Повірка ЗВТ - це встановлення органом ДМС (іншими уповноваженими на те організаціями) придатності ЗВТ до застосування на підставі експериментального певних MX і підтвердження їх відповідності встановленим обов'язковим вимогам.

Перелік груп ЗВТ, що підлягають повірці, затверджуються Держстандартом. Повірка проводиться відповідно до НД, що затверджується за наслідками випробувань.

Результатом повірки є підтвердження придатності ЗВТ до застосування. В цьому випадку на нього та (або) технічну документацію наноситься відтиск повірительного клейма та (або) видається «Свідоцтво про повірку». Повірительне клеймо - знак встановленої форми, що наноситься на ЗВТ, визнані в результаті їх повірки придатними до застосування. Якщо ЗВТ визнані непридатними до використання, то в цьому випадку відтиск повірительного клейма і (або) «Свідоцтво про перевірку» анулюються і виписується «Свідоцтво про непридатність». Форма клейма і свідоцтва про повірку, порядок нанесення повіряємого клейма встановлюються Держстандартом.

ЗВТ піддаються первинній, періодичній, позачерговій, інспекційній і експертній повірці.

Первинна повірка проводиться при випуску ЗВТ з виробництва або після ремонту, а також при ввезенні ЗВТ через кордон партіями. Такій повірці піддається, як правило, кожен екземпляр ЗВТ.

Періодична повірка проводиться через встановлені інтервали часу (міжповірочні інтервали). Їй підлягають ЗВТ, що знаходяться в експлуатації або на зберіганні. Конкретні переліки ЗВТ, що підлягають повірці, встановлюють їх власники - юридичні та фізичні особи. Органи ДМС при нагляді за дотриманням метрологічних норм і правил перевіряють правильність складання цих переліків. Періодичну повірку повинен проходити кожен екземпляр ЗВТ. Виняток можуть становити ЗВТ, що знаходяться на тривалому зберіганні. Результати такої повірки дійсні протягом міжповірочного інтервалу. Перший інтервал встановлюється при затвердженні типу ЗВТ, наступні визначаються на основі різних критеріїв.

Позачергова повірка ЗВТ проводиться до настання терміну їх періодичної повірки у випадках: пошкодження знака повірительного клейма, а також при втраті свідоцтва про повірку; введення в експлуатацію ЗВТ після тривалого зберігання (більш за один міжповірочний інтервал); проведення повторної настройки, а також, якщо відомо або є припущення про ударну (механічну) дію на ЗВТ або про незадовільну його роботу.

Інспекційна повірка проводиться органами МС при здійсненні державного нагляду або відомчого контролю за станом і застосуванням ЗВТ. Її допускається проводити не в повному об'ємі, передбаченому методикою повірки. Результати інспекційної повірки відбиваються в акті перевірки.

Експертна повірка проводиться при виникненні спірних питань по MX, справності ЗВТ і придатності їх до використання. Її проводять органи ДМС на письмову вимогу зацікавлених осіб.

Порядок представлення ЗВТ на повірку визначається Держстандартом. Повірка проводиться відповідно до встановлених методик і включає наступне:

- встановлення періодичності робіт (визначення міжповірочних інтервалів) відповідно до ISO 10012;

- розробку і документування методик проведення робіт згідно інструкції РД 50-660-88;

- ведення відповідних протоколів, що відображають результати проведених робіт;

- організацію зберігання та використання документації з повірки ЗВТ.

Основною MX, яка визначається при повірці, є похибка. Вона визначається на підставі порівняння показів ЗВТ, яка повіряється і більш точнішого робочого еталону.

Заходи можуть бути повірені:

- звіркою (методами зіставлення або заміщення) з точнішою мірою за допомогою компаратора. Загальним для цих методів повірки ЗВТ є отримання сигналу про наявність різниці розмірів порівнюваних величин. Якщо цей сигнал шляхом підбору зразкової міри буде зведений до нуля, то реалізується нульовий метод вимірювань;

- вимірюванням еталонним ЗВТ величини, відтвореної мірою. В цьому випадку повірка часто називається градуюванням. Градуювання - це нанесення на шкалу відміток, відповідних показам робочого еталону, або визначення за його показами уточнених значень величини, відповідних нанесеним відміткам на шкалі ЗВТ, які повіряються;

- способом калібрування, коли з точнішою мірою звіряється лише одна міра з набору або одна з відміток шкали багатозначної міри, а дійсні розміри інших мір визначаються шляхом їх взаємного порівняння в різних поєднаннях на приладах порівняння і при подальшій обробці результатів вимірювань.

Повірка вимірювальних приладів проводиться:

- методом безпосереднього порівняння вимірюваних величин і величин, відтворених робочими еталонами відповідного розряду або класу точності. Значення величин на виході мір вибираються рівними відповідним (частіше оцифрованим) відміткам шкали приладу. Найбільша різниця між результатом вимірювання і відповідним йому розміром еталону є, в цьому випадку, основною похибкою приладу;

- методом безпосереднього звірення показань приладу, який повіряється, і еталонного при одночасному вимірюванні однієї і тієї ж величини. Різниця їх показів дорівнює абсолютній похибці ЗВТ яке повіряється. Можуть бути використані й інші методи повірки.

Важливим при повірці є вибір оптимального співвідношення між похибками еталонних ЗВТ, і тих, які повіряються. Звичайно, це співвідношення приймається рівним 1:3 (виходячи з критерію нехтувано малої похибки), коли при повірці вводять поправки на покази зразкових ЗВТ. Якщо ж виправлення не вводять, то еталонні ЗВТ вибираються із співвідношення 1:5. Співвідношення похибок ЗВТ, які повіряються, і еталонних, встановлюється з урахуванням прийнятого методу повірки, характеру похибок, що допускають значення помилок першого та другого роду, та іноді можуть значно відрізнятися від вказаних раніше цифр.

За рішенням Держпотребстандарту право повірки ЗВТ може бути надане акредитованим МС юридичним особам, діяльність яких здійснюється відповідно до чинного законодавства, та НД із забезпечення єдності вимірювань, з урахуванням рекомендацій ISO і ІEK.

У тих сферах діяльності, де державний метрологічний нагляд і контроль не є обов'язковими, для забезпечення метрологічної справності ЗВТ застосовується калібрування.

Калібрування (калібрувальні роботи) - сукупність операцій, які виконуються з метою визначення та підтвердження дійсних значень метрологічних характеристик і (або) придатності до застосування ЗВТ, які не підлягають державному метрологічному контролю та нагляду.

Організація, яка виконує калібрувальні роботи, повинна мати повірені та ідентифіковані засоби калібрування - еталони, установки та інші ЗВТ, вживані при калібруванні відповідно до встановлених правил. Вони покликані забезпечити передачу розміру одиниць від державних еталонів засобам вимірювальної техніки, які калібруються; актуалізовані документи, що регламентують організацію та проведення калібрувальних робіт. До них відносяться документація на ЗВТ і калібрування, нормативні документи на калібрування, процедури калібрування та використання її даних; професійно підготовлений і кваліфікований персонал; приміщення, які задовольняють нормативним вимогам.

Результати калібрування засвідчують калібрувальним знаком, який наноситься на ЗВТ, або свідоцтвом про калібрування, а також записом в експлуатаційних документах.

Вимоги до калібрувальних лабораторій подані у відповідному ГОСТ і стандарті ISO / ІEK 17025-2000 /.