3.2.7.Система воспроизведения единиц величин

Система воспроизведения единиц величин и передачи информации об их размерах всем без исключения система измерений в стране составляет техническую базу обеспечения единства измерений.

Воспроизведение единицы представляет собой совокупность операций по материализации единицы величины с наивысшей в стране точностью с помощью государственного эталона или исходного рабочего эталона. Различают воспроизведение основных и производных единиц. Размеры единиц могут воспроизводиться там же, где выполняются измерения (децентрализованный способ), либо информация о них должна передаваться с централизованного места их хранения или воспроизведения (централизованный способ). Децентрализованно воспроизводятся единицы многих производных физических величин.

Основные единицы сейчас воспроизводятся только централизованно. Централизованное воспроизведение единиц осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным эталоном. Первичные эталоны — это уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники на данный период. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий, называется специальным эталоном. Официально утвержденные в качестве исходного для страны первичный или специальный эталоны называются государственными.

Эталон, получающий размер единицы путем сличения с первичным эталоном рассматриваемой единицы, называется вторичным эталоном. Эталон должен отвечать трем основным требованиям: неизменность (способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени); воспроизводимость (воспроизведение единицы с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники); сличаемость (способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при проведении сличений).

Государственные эталоны представляют собой национальное достояние и поэтому должны храниться в метрологических институтах страны в специальных эталонных помещениях, где поддерживается строгий режим по влажности, температуре, вибрациям и другим параметрам. Для обеспечения единства измерений величин в международном масштабе большое значение имеют международные сличения национальных государственных эталонов. Эти сличения помогают выявить систематические погрешности воспроизведения единицы национальными эталонами, установить, насколько национальные эталоны соответствуют международному уровню, и наметить пути совершенствования национальных (государственных) эталонов.

В 2003 г. эталонная база России была представлена 122 государственными эталонами, 250 вторичными эталонами, 80 установками высшей точности и государственными стандартными образцами в количестве более 8000.

В эталонной базе России, являющейся ее национальным богатством, концентрируется научно-технический потенциал страны. Уровень эталонной базы в конечном счете определяет уровень всех технических измерений, так как именно государственные эталоны и комплексы установок высшей точности создают объективную основу для получения достоверной и точной информации о количестве и качестве используемых в народном хозяйстве продукции, сырья, материалов, энергоресурсов и пр.

Главными узлами измерительного прибора являются измерительное и отсчётное устройства. Измерительное устройство непосредственно осуществляет измерение физической величины, отсчетное устройство показывает, записывает полученное значение.

Измерительное устройство приборов зависит от рода измеряемой величины (например, давления, расходы и т. д.) и принципа действия прибора (механический, электрический и т.д.). В большинстве случаев измерительное устройство состоит из подвижной и неподвижной частей чувствительного элемента и при необходимости усиливает входной сигнал. Перемещение подвижной части происходит под воздействием измеряемой величины на чувствительный элемент прибора.

Отсчётное устройство в зависимости от характера показаний приборов выполняется в виде шкалы и указателя (показывающие приборы), записывающего приспособления и диаграммной бумаги (самопишущие приборы) и счётного устройства (интегрирующие приборы).

Шкала показывающего прибора состоит из ряда последовательно нанесённых на плоском или профильном циферблате делений, соответствующих числовым значениям измеряемой величины.

Циферблатом называется лицевая сторона прибора, на которой нанесена шкала, условные обозначения и пояснительные надписи. Отметки и числа на циферблате называются градуировкой шкалы. Разность значений между двумя соседними делениями шкалы, выраженная в единицах измерения, называется ценой деления шкалы.

Показание прибора, характеризующее значение измеряемой величины, определяется как число отсчитанных делений, умноженных на цену деления шкалы. В некоторых случаях показание находится умножением отсчёта на постоянную прибора, выражаемую в единицах измерения, а также по данным градуировочной характеристики прибора.

Градуировочная характеристика прибора представляет собой зависимость в виде таблице или графика отсчёта от значения измеряемой величины, или особым расчётом. Начальное и конечное значение шкалы определяют собой диапазон показаний прибора, то есть пределы шкалы, а допускаемая по шкале при условии точности область измерения представляет собой диапазон измерений прибора.

Шкалы могут быть прямолинейными, дуговыми и круговыми. Кроме того, шкала может быть равномерной и неравномерной. Равномерная шкала имеет одинаковые расстояния между делениями, и поэтому более удобная для отсчёта показаний прибора, чем неравномерная. У неравномерной шкалы расстояния между делениями изменяются по определённому закону (параболе, синусоиде и тому подобное). Точность отсчёта показаний прибора по равномерной шкале выше, чем по неравномерной.

Если шкала прибора начинается с нуля, то тона называется односторонней, а если деления расположены по обе стороны нуля, то – двусторонней. Иногда измерительные приборы выполняются с безнулевой шкалой, начинающейся с некоторого значения.

Измерения по прибору с безнулевой шкалой точнее, чем с другими шкалами, так как она имеет меньшую цену деления.

У некоторых измерительных приборов циферблат со шкалой выполняется вра-щающимся, а указатель неподвижным. Приборы с одним диапазоном показаний имеют однострочную шкалу, а с многими – двухстрочную, трёхстрочную и т.д.

Указателем у промышленных приборов служит хорошо заметная на расстоянии клиновая или клиновая стержневая стрелка,

Рис. 3.3.1. тогда как более точные приборы снабжаются ножевой стрелкой, конец которой имеет вид лезвия, расположенного перпендикулярно к плоскости шкалы.

У жидкостных стеклянных приборов указателем служит видимый уровень (мениск) жидкости в измерительной трубке. Если жидкостью является вода или спирт, то из-за хорошей смачиваемости стенок образуется вогнутый мениск, и отсчёт показаний производится по нижней его границе. В случае применения ртути образуется выпуклый мениск, который позволяет производить отсчёт по верхней его границе.

У некоторых приборов применяется световой указатель отсчёта (зайчик), получаемый от специальной лампочки при отражении луча на шкалу от зеркальца, закреплённого на подвижной части измерительного устройства При отсчёте показаний приборов положение глаз наблюдателя должно быть перпендикулярным к плоскости шкалы, что не искажает показание прибора.

В самопишущих приборах применяются бумажные диаграммные ленты и диски. Скорость движения диаграммной ленты в самопишущих приборах составляет 20÷7200 мм/ч, а частота вращения диаграммного диска –1 или 2 оборота в сутки.

Запись показаний прибора на диаграммных лентах и дисках производится непрерывной или точечной линией. Для перемещения диаграмм служит электрический или механический привод, содержащий встроенный в прибор синхронный микродвигатель с редуктором или часовой механизм. Счётное устройство интегрирующих приборов, например, счётчиков, для отсчёта показаний имеет стрелочный, роликовый или стрелочно-роликовый счётный указатель.

Измерительный прибор конструктивно может быть выполнен как одно целое, то есть в одном корпусе, или состоять из нескольких частей, то есть в отдельных корпусах, которые самостоятельно участвуют в процессе измерения и представляющих собой измерительный комплекс. Прибор, имеющий один корпус, обычно является местным, а состоящий из нескольких корпусов – с дистанционной передачей показаний по проводам или трубкам.

Большинство измерительных приборов с дистанционной передачей показаний содержит в себе две самостоятельные части: первичный измерительный преобразователь (он называется датчиком) и вторичный показывающий прибор.

Датчик, являющийся воспринимающей и передающей частью комплекта, снабжается чувствительным элементом и располагается в месте измерения. Он подвергается непосредственному воздействию со стороны измеряемой величины.

Вторичный прибор (или измеряемая часть) выдаёт показания измеряемой величины, преобразовывая при помощи измерительного устройства получаемый им выходной сигнал от датчика в отсчётное устройство.

Для защиты всего измерительного комплекса от механических повреждений, влаги, пыли, агрессивных сред применяются обыкновенные, пылебрызгозащищённые и взрывозащищённые корпуса, которые могут быть прямоугольные, квадратные и круглые, а по габаритам – полногабаритные, малогабаритные и миниатюрные. Защитные корпуса приборов изготавливаются из алюминиевых сплавов, стали, пластика или дерева.