4.1.6. Поверочные схемы.

Передачу размеров единиц от эталонов следует производить в соответствии с поверочными схемами, требования к которым установлены стандартом [6].

Передача размеров единиц ФВ от эталонов рабочим мерам и измерительным приборам осуществляется с помощью рабочих эталонов. {4К3}

Рабочие эталоны при необходимости подразделяются на разряды 1;2 и т.д., определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. Исходя из требований практики для различных видов измерений устанавливают, различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений.

Обеспечение правильной передачи размера единиц ФВ во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем.

Поверочная схема – это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим СИ с указанием методов и погрешности.

Поверочные схемы делятся на государственные и локальные.

Государственная поверочная схема распространяется на все СИ данной ФВ, имеющиеся в стране. Она разрабатывается в виде государственного стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу.

Локальная поверочная схема распространяется на СИ данной ФВ, применяемые в данном регионе, отрасли, ведомстве или на отдельном предприятии (организации).

Локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам для СИ одних и тех же ФВ. Они могут быть составлены при отсутствии государственной поверочной схемы. В них допускается указывать конкретные типы (экземпляры) СИ.

Поверочные схемы оформляют в виде чертежа, элементы которого приведены на рис. 4.3. [1].

Рис. 4.3. Элементы графического изображения поверочных схем при передаче размера от эталона к объекту поверки: 1 – эталон; 2 и 3 – методы передачи размера единицы; 4 и 5 – объекты поверки.

Поверочная схема устанавливает передачу размера единиц одной или нескольких взаимосвязанных величин. Она должна включать не менее двух ступеней передачи размера. Поверочную схему для СИ одной и той же величины, существенно отличающихся по диапазо­нам измерений, условиям применения и методам поверки, а также для СИ нескольких ФВ допускается подразделять на части. На чертежах поверочной схемы должны быть указаны:

• наименования СИ и методов поверки;

• номинальные значения ФВ или их диапазоны;

• допускаемые значения погрешностей СИ;

• допускаемые значения погрешностей методов поверки.

4.1.7. Государственные первичные эталоны ампера, вольта, ома, фарада и генри.

Государственный первичный эталон для средств измерений силы постоянного тока [7] состоит из комплекса следующих средств измерений:

1) аппаратура, выполненная на основе использования квантовых эффектов Джозефсона и квантования магнитного потока, включая меру напряжения, меру электрического сопротивления, сверхпроводящий компаратор тока и регулируемые источники тока; эта аппаратура воспроизводит значения тока 1 мА и 1 А;

2) аппаратура, выполненная на основе использования методов электрометрии, включая входной блок с набором мер постоянной ёмкости, интегратор, измерительный блок с частотомером, цифровым вольтметром и компаратором; эта аппаратура воспроизводит значения тока в диапазоне 10^–16 ÷ 10^–9.

Государственный первичный эталон для средств измерений электродвижущей силы и постоянного напряжения [8] применяют для воспроизведения единицы ЭДС в абсолютной мере посредством реализации эффекта Джозефсона и передачи её размера эталону-копии и эталонам сравнения методом прямых измерений. В качестве эталона-копии и эталонов сравнения применяют группы термостатированных насыщенных нормальных элементов. Номинальное значение ЭДС эталона-копии и эталонов сравнения составляет 1 В.

Государственный первичный эталон для средств измерений сопротивления состоит из комплекса следующих средств измерений:

– установка для воспроизведения квантового сопротивления Холла;

– группа из десяти манганиновых мер сопротивления с номинальным значением 1 Ом;

– мостовая измерительная установка;

– наборы переходных мер сопротивления для передачи размера единицы вторичным эталонам в диапазоне 10^–3 ÷ 10⁹ Ом.

Государственный первичный эталон для средств измерений ёмкости [9] состоит из комплекса следующих средств измерений:

– расчётный конденсатор и интерферометр в едином вакуумном блоке;

– емкостной трансформаторный мост.

Номинальное значение электрической ёмкости, воспроизводимое эталоном, составляет 0,2 пФ.

Государственный первичный эталон применяют для передачи размера единицы ёмкости эталонам сравнения и эталонам-копиям сличением при помощи емкостного трансформаторного моста при частоте 1 кГц. В качестве эталонов сравнения применяют меры ёмкости с номинальным значением 10 пФ. В качестве эталонов-копий применяют расчётные одиночные конденсаторы с номинальными значениями ёмкости 0,4 и 0,5 пФ и группы конденсаторов с номинальным значением ёмкости 10 пФ.

Государственный первичный эталон для средств измерений индуктивности [10] состоит из комплекса следующих средств измерений:

– группа из четырёх тороидальных катушек индуктивности (групповой эталон);

– индуктивно-емкостной мост.

Номинальное значение индуктивности каждой из катушек эталона составляет 10 мГн.

Государственный первичный эталон применяют для передачи размера единицы индуктивности эталонам сравнения и эталонам-копиям сличением при помощи индуктивно-емкостного моста при частоте 1 кГц. В качестве эталона сравнения применяют группу из четырёх тороидальных катушек с номинальными значениями индуктивности 10 мГн. В качестве эталонов-копий применяют группу тороидальных катушек с номинальными значениями индуктивности 10 мГн, цилиндрические катушки с номинальными значениями индуктивности 3 мГн, группу цилиндрических катушек с с номинальными значениями индуктивности 20 ÷ 30 мГн.

Согласно [5] погрешность государственных первичных эталонов характеризуется:

– неисключённой систематической погрешностью;

– случайной погрешностью;

– нестабильностью.

Допускается указывать случайную погрешность воспроизведения единицы с учётом передачи её размера или последнюю указывать отдельно.

Неисключённая систематическая погрешность, лежащая в границах ± θ характеризуется границей θ без указания знака. Случайная погрешность характеризуется средним квадратическим отклонением (СКО) результата измерений S при воспроизведении единицы (или при воспроизведении единицы и передаче её размера) с указанием числа независимых наблюдений. Нестабильность ν характеризуется изменением размера единицы за определённый промежуток времени, который указывается.

Погрешность передачи размера единицы, обусловленную влиянием случайных погрешностей метода и средств измерений, применённых при передаче, характеризуют СКО результата измерений S_ε.

Обозначения θ; S; ν и S_ε даны в соответствии с [5]. В относительной форме эти величины в [5] обозначены θ_о; S_о; ν_о и S_εо.

Оценку неисключённой систематической и случайной погрешностей находят на основании экспериментальных данных, полученных при исследовании эталона и анализа влияющих величин; неисключённую систематическую погрешность – ещё и на основании анализа погрешностей метода воспроизведения единицы и международных сличений с эталонами других стран. Оценку нестабильности, вызываемую старением его отдельных элементов и другими причинами, находят на основании исследований эталона во времени, а также по данным периодических международных сличений.

В оценку погрешности передачи размера единицы должны входить как неисключённые систематические, так и случайные погрешности метода и средств передачи.

В табл. 1 по данным [7]; [9]; [10] приведены значения S_о и θ_о для трёх эталонов.

Таблица 1.

Электрическая величина	Sо	θо
Сила постоянного тока	5·10–8 при 1 мА и 1 А; 10–2 ÷ 2·10–4 при 10–16 ÷ 10–9 А при 10 наблюдениях	2·10–7 при 1 мА и 1 А; 0,025 ÷ 5·10–4 при 10–16 ÷ 10–9 А
Ёмкость	2·10–7	5·10–7
Индуктивность	10–6	5·10–6

В табл. 2 по данным [8] приведены значения S_εо и ν_о для эталона ЭДС и постоянного напряжения при передаче размера единицы эталону-копии и эталонам сравнения (значения S_о и θ_о для этого эталона в [8] не даны).

Таблица 2.

	Sεо	νо
При передаче эталону-копии	1,3·10–8	5·10–8
При передаче эталонам сравнения	1,2·10–7	6·10–7

По данным [11, стр. 491] суммарная погрешность воспроизведения единицы сопротивления с учётом передачи её размера от квантового сопротивления Холла к эталонным мерам не превышает 4,5·10^–8, а суммарное СКО передачи размера единицы в пределах диапазона от 10^–3 до 10⁹ Ом находится в пределах от 5·10^–8 до 10^–6.