Метрологическое обеспечение средств измерительной техники для измерения частоты и временных интервалов

 

Единая национальная система связи Украины (ЕНССУ), а также её интеграция во всемирную сеть связи обуславливает особенности стандартизации отрасли связи, ее гармоничной адаптации в межгосударственные, международные, региональные и национальные системы стандартизации.

Одной из основных задач стандартизации является обеспечение единства измерений. Решается эта задача путем соответствующего метрологического обеспечения (МО) средств измерительной техники (СИТ) частоты, которое заключается в испытании, поверке и калибровке этих СИТ.

Разработка, производство и эксплуатация частотоизмерительных приборов требуют соответствующего метрологического обеспечения. При этом осуществляется целый комплекс научно-технических и организационных мероприятий, направленных в поддержку единства и необходимой точности частотных измерений во всех отраслях народного хозяйства.

Из числа технических мероприятий особенно следует отметить поверку приборов, потому что она требует наличия большого количества измерительной аппаратуры и, в первую очередь, частотоизмерительной. Достаточно сказать, что для проведения поверки стандарта частоты кварцевого генератора нужны: рубидиевый стандарт частоты, компаратор частотный, ЭСЧ, микровольтметр селективный, анализатор спектра.

С точки зрения поверочных работ все виды частотоизмерительной аппаратуры можно разделить на две группы: приборы, которые измеряют частоту, и приборы, которые вырабатывают высокостабильные электромагнитные колебания.

Приборы первой группы поверяются путем подачи на их вход высокостабильных по частототе электромагнитных колебаний и определения погрешности измерения. Погрешность установки образцовой частоты и ее нестабильность должны быть, по крайней мере, в 3 раза меньше погрешности измерения прибора, который поверяют. Поэтому, для поверки частотомеров применяются соответствующие стандарты частоты, синтезаторы, умножители частот. Погрешность измерения частотомера определяется в точках частотного диапазона, которые регламентированы нормативно технической документацией (ГОСТ, инструкциями, методическими указаниями по поверке приборов). Как правило, поверка проводится в начале, в середине и в конце частотного диапазона прибора.

Частотоизмерительные приборы второй группы поверяются путем сравнения частоты производимых ими электромагнитных колебаний с образцовой частотой прибора, который имеет метрологические характеристики, в 3 раза лучшие. Для поверки таких приборов применяются стандарты частоты, сигналы образцовых частот, передаваемые по радио, приемники, осциллографы.

С наивысшей точностью частоту и время воспроизводят с помощью высокостабильных молекулярных генераторов.

Испытания. Испытания СИТ проводятся специализированными организациями, аккредитованными как государственные центры испытаний СИТ. Испытания образцов СИТ проводятся в установленном Госпотребстандартом порядке. Испытания СИТ с целью утверждения их типа проводят по утвержденной программе, которая должна содержать следующие разделы: рассмотрение технической документации; экспериментальное исследование СИТ; оформление результатов испытаний.

Подробные требования к программам изложены в рекомендациях международных метрологических органов. В ходе испытаний должны быть проверены соответствие документации и характеристик СИТ техническим условиям и нормативным документам (НД), которые распространяются на них, включая методики поверки.

Соответствие СИТ утвержденному типу контролируется органами Государственной метрологической службы (ГМС) по месту расположения пользователей.

Поверка СИТ – это установление органом ГМС (другими уполномоченными на то организациями) пригодности СИТ к применению на основании экспериментально определенных MX и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.

Перечни групп СИТ, подлежащих поверке, утверждаются Госстандартом. Поверка проводится в соответствии с НД, утверждаемой по результатам испытаний.

Результатом поверки является подтверждение пригодности СИТ к применению. В этом случае на него и (или) техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма и (или) выдается «Свидетельство о поверке". Поверительное клеймо – знак установленной формы, наносимый на СИТ, признанные в результате их поверки пригодными к применению. Если СИТ признаны непригодными к использованию, то в этом случае изображение поверительного клейма и (или) «Свидетельство о поверке» аннулируются и выписывается «Свидетельство о непригодности». Форма клейма и свидетельства о поверке, порядок нанесения поверительного клейма устанавливаются Госстандартом.

СИТ подвергаются первичной, периодической, внеочередной, инспекционной и экспертной поверке.

Первичная поверка производится при выпуске СИТ из производства или после ремонта, а также при ввозе СИТ через границу партиями. Такой поверке подвергается, как правило, каждый экземпляр СИТ.

Периодическая поверка производится через установленные интервалы времени (межповерочные интервалы). Ей подлежат СИТ, находящиеся в эксплуатации или на хранении. Конкретные перечни СИТ, подлежащих поверке, устанавливают их владельцы - юридические и физические лица. Органы ГМС в надзоре за соблюдением метрологических норм и правил проверяют правильность составления этих перечней. Периодическую поверку должен проходить каждый экземпляр СИТ. Исключение могут составлять СИТ, находящиеся на длительном хранении. Результаты такой поверки действительны в течение межповерочного интервала. Первый интервал устанавливается при утверждении типа СИТ, следующие определяются на основе разных критериев.

Внеочередная поверка СИТ проводится до наступления срока их периодической поверки в случаях: повреждения знака поверительного клейма, а также при утрате свидетельства о поверке; ввода в эксплуатацию СИТ после длительного хранения (более одного межповерочного интервала); проведения повторной настройки, а также, если известно или имеются предположения об ударном (механическом) воздействии на СИТ или о неудовлетворительной его работе.

Инспекционная поверка проводится органами МС при осуществлении государственного надзора или ведомственного контроля за состоянием и применением СИТ. Ее допускается проводить не в полном объеме, предусмотренном методикой поверки. Результаты инспекционной поверки отражаются в акте поверки.

Экспертная поверка проводится при возникновении спорных вопросов по MX, исправности СИТ и пригодности их к использованию. Ее проводят органы ГМС по письменному требованию заинтересованных лиц.

Порядок представления СИТ на поверку определяется Госстандартом. Поверка проводится в соответствии с установленными методиками и включает в себя следующее:

- установление периодичности работ (определение межповерочных интервалов) в соответствии с ISO 10012;

- разработку и документирование методик проведения работ согласно инструкции РД 50-660-88;

- ведение соответствующих протоколов, отражающих результаты проведенных работ;

- организацию хранения и использования документации по поверке СИТ.

Основной MX, которая определяется при поверке, является погрешность. Она определяется на основании сравнения показаний поверяемого СИТ и более точного рабочего эталона.

Меры могут быть поверены:

- сверкой (методами противопоставления или замещения) с более точной мерой с помощью компаратора. Общим для этих методов поверки СИТ является получение сигнала о наличии разности размеров сравниваемых величин. Если этот сигнал путем подбора образцовой меры будет сведен к нулю, то реализуется нулевой метод измерений;

- измерением эталонным СИТ величины, воспроизводимой мерой. В этом случае поверка часто называется градуировкой. Градуировка – это нанесение на шкалу отметок, соответствующих показаниям рабочего эталона, либо определение по его показаниям уточненных значений величины, соответствующих нанесенным отметкам на шкале СИТ, которые поверяются;

- способом калибровки, когда с более точной мерой сверяется лишь одна мера из набора или одна из отметок шкалы многозначной меры, а истинные размеры других мер определяются путем их взаимного сравнения в различных сочетаниях на приборах сравнения и при дальнейшей обработке результатов измерений.

Поверка измерительных приборов производится:

- методом непосредственного сравнения измеряемых величин и величин, воспроизводимых рабочими эталонами соответствующего разряда или класса точности. Значения величин на выходе мер выбираются равными соответствующим (чаще оцифрованным) отметкам шкалы прибора. Наибольшая разница между результатом измерения и соответствующим ему размером эталона является в этом случае основной погрешностью прибора;

- методом непосредственного сличения показаний прибора, который поверяется, и эталонного при одновременном измерении одной и той же величины. Разница их показаний равна абсолютной погрешности поверяемого СИТ. Могут быть использованы и другие методы поверки.

Важным при поверке является выбор оптимального соотношения между погрешностями эталонного и поверяемого СИТ. Обычно это соотношение принимается равным 1:3 (исходя из критерия ничтожно малой погрешности), когда при поверке вводят поправки на показания образцовых СИТ. Если же исправления не вводят, то эталонные СИТ выбираются из соотношения 1:5. Соотношение погрешностей поверяемых и эталонных СИТ устанавливается с учетом принятого метода поверки, характера погрешностей, допускающих значения ошибок первого и второго рода, и иногда может значительно отличаться от указанных ранее цифр.

По решению Госпотребстандарта право поверки СИТ может быть предоставлено аккредитованным МС юридическим лицам, деятельность которых осуществляется в соответствии с действующим законодательством и НД по обеспечению единства измерений, с учетом рекомендаций ISO и ІEK.

В тех сферах деятельности, где государственный метрологический надзор и контроль не являются обязательными, для обеспечения метрологической исправности СИТ применяется калибровка.

Калибровка (калибровочные работы) – совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению СИТ, которые не подлежат государственному метрологическому контролю и надзору.

Организация, выполняющая калибровочные работы, должна иметь поверенные и идентифицированные средства калибровки – эталоны, установки и другие СИТ, применяемые при калибровке в соответствии с установленными правилами. Они призваны обеспечить передачу размера единиц от государственных эталонов средствам измерительной техники, которые калибруются; актуализированные документы, регламентирующие организацию и проведение калибровочных работ. К ним относятся документация на СИТ и калибровку, нормативные документы на калибровку, процедуры калибровки и использования ее данных; профессионально подготовленный и квалифицированный персонал; помещения, удовлетворяющие нормативным требованиям.

Результаты калибровки удостоверяют калибровочным знаком, наносимым на СИТ, или свидетельством о калибровке, а также записью в эксплуатационных документах.

Требования к калибровочным лабораториям приведены в соответствующем ГОСТ и стандарте ISO / ІEK 17025-2000 /.