Меры в метрологии и измерительной технике. Поверка средств измерений

Мерой в метрологии называют средство измерения в виде какого-либо тела, вещества или устройства, предназначенное для воспроизведения единицы физической величины, хранения единицы и передачи ее размера от одного измерительного прибора к другому. Мера воспроизводит величину, значение которой связано с принятой единицей определенным известным соотношением. В отличие от эталона мера воспроизводит не только единицу, но и дольные и кратные значения последней. Например, концевой мерой длины является не только метровый стержень, но и набор концевых мер различного размера, называемых плитками Иогансона.

Меры массы - это не только эталонные килограммовые гири и их копии, но так называемые разновесы, т. е. меры массы других размеров.

Поскольку метрология постоянно опирается на процесс передачи размера единицы от одного прибора к другому, меры являются основой измерений, одной из основ метрологии. Во многих странах, в том числе и в России, создавались специальные хранилища мер, в функции которых входило наряду с другими функциями сличение государственных мер с международными. В России такое хранилище было образовано в 1842 г. как Депо образцовых мер, а в 1893 г. была учреждена Главная палата мер и весов под руководством Д.И. Менделеева.

Меры как средства измерений могут изготавливаться различных классов точности, которые регламентируются соответствующими ГОСТами и поверочными схемами.

Особый класс мер представляют собой так называемые стандартные образцы.

Стандартный образец - мера в виде вещества, при помощи которой размер единицы физической величины воспроизводится как свойство или как состав вещества, из которого изготовлен стандартный образец. Примером стандартного образца, в котором метрологи используют свойства вещества, является фолиевая кислота. При сжигании определенной массы фолиевой кислоты выделяется строго определенное количество теплоты.

Процесс воспроизведения единицы количества теплоты может быть реализован сжиганием навески фолиевой кислоты в каком-либо замкнутом объеме. Многочисленные примеры стандартных образцов состава - различные вещества, например металлы и сплавы с точно определенным составом по большому числу примесей. Для отечественных стандартных образцов состав анализируется в нескольких аналитических лабораториях, и в том случае, когда результаты анализа сходятся, составляется паспорт на стандартный образец и он заносится в Госреестр стандартных образцов.

Стандартные образцы, также как другие меры, периодически сличаются, хранятся в метрологических предприятиях или участках. В Российской Федерации ведется Государственный Реестр стандартных образцов в специальном институте в Екатеринбурге.

Особое место в системе мер занимают специфические стандартные образцы состава - поверочные газовые смеси. Эти стандартные образцы по многим показателям отличаются от стандартных образцов в виде твердых объектов или жидкостей. Самое главное отличие такой меры от других типов мер является то, что поверочная газовая смесь в процессе измерения расходуется. При этом состав газовой смеси может измениться. С этим связано второе отличие поверочной газовой смеси (ПГС) от других мер - невозможно хранить ту смесь, которая анализируется. Поэтому обычно готовится партия сосудов под давлением (баллонов) с какой-либо ПГС. Затем выборочно несколько баллонов анализируется на приборах. Если при этом получается хорошая сходимость результатов, то остальным баллонам из этой партии приписывается состав, полученный при анализе состава выбранных баллонов.

Определив содержание таких понятий, как измеряемый прибор и мера, можно определить различные типы поверки измерительных приборов.

Первый тип поверки - использование образцовой меры, аттестованной в соответствии со стандартами. Такая поверка может выполняться любой службой, в том числе и ведомственной.

Второй тип поверки - сличение показаний прибора с показаниями образцового прибора или образцовой установки. Такой тип поверки обычно проводится в специальных заведениях- центрах стандартизации и метрологии. Это связано с тем, что образцовая аппаратура имеет более высокий класс точности и, соответственно, имеет высокую стоимость. Иметь такие приборы на предприятиях и ведомствах иногда нецелесообразно.

Третий тип поверки - поэлементно-эквивалентный метод. Это самый трудоемкий тип поверки. Сущность его заключается в том, что если прибор имеет, например, первичный преобразователь, усилитель, аналогово-цифровой преобразователь и какие-либо вспомогательные устройства, то работоспособность и погрешности определяют для всех составных частей, не поверяя прибор как целое. В этом случае в зависимости от типа составляющих они могут поверяться как приборы, измеряющие физические величины, отличные от тех, для измерения которых предназначен прибор. Например, анализатор какого-либо экзотического вещества типа сероводорода или паров синильной кислоты может иметь оптический датчик, электроизмерительный преобразователь и частотомер. В таком приборе можно поверять отдельно оптическую, электрическую и частотную части и делать выводы о работоспособности и классе точности прибора как измерителя концентрации. В ряде задач, особенно для измерения новых величин либо по их характеру, либо по диапазону, поэлементно-эквивалентный метод поверки оказывается самым подходящим, а иногда и единственно возможным.

В заключении рассмотрения мер и особенностей их использования упомянем возможные экзотические меры, которые иногда используются в обеспечении единства измерений. Например, при метрологическом обеспечении фотометров использовался свет определенной звезды на небосводе. Было тщательно измерено относительное спектральное распределение энергии в спектре этой звезды, наблюдаемое в различных точках нашей страны. После того как установили факт постоянства энергетических характеристик излучения звезды, соответствующая методика была узаконена для поверки ультрафиолетовых фотометров.

Для поверки некоторых типов приборов не нужны ни меры, ни образцовые приборы, так как их показания можно контролировать по таблицам, называемым в метрологии стандартным и справочными данными. Это очень важный раздел метрологии, на котором стоит остановиться отдельно.