3 Средства измерений

3 .1 Средства измерений (СИ) – это технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства, с помощью которых выполняются измерения.

Все средства измерения можно классифицировать по двум основным признакам (см. рис. 16):

по конструктивному исполнению и по метрологическому назначению.

Рисунок 16 – Классификация средств измерений

1) По конструктивному исполнению выделяют следующие типы СИ: меры (в том числе эталоны), измерительные преобразователи, приборы и установки, информационно-измерительные системы.

2) В зависимости от степени точности СИ разделяют на образцовые и рабочие.

Образцовые средства измерений - меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых для поверки по ним других средств измерений.

Рабочие средства измерений - такие средства, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

3.2 Меры - средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры наивысшего порядка точности называют эталонами.

Эталоны (меры наивысшего порядка) - средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения.

Эталоны делятся на четыре категории:

1) Первичный Государственный эталон воспроизводит единицу с наивысшей в стране точностью на основе физических принципов на специальных установках.

Например:

• В 1983 году на XVII Генеральной конференции мер и весов в качестве эталона единицы длины утвержден метр - длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

• За эталон времени принята секунда, равная 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

• Эталон единицы массы (1 кг) представляет собой цилиндр из сплава платины (90 %) и иридия (10 %), у которого диаметр и высота примерно одинаковы (около 30 мм).

• За единицу количества вещества принят моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержится в 12,000 г углерода-12.

• Эталон термодинамической температуры - Кельвин, составляющий 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды и т. д.

В России хранилище первичных государственных эталонов 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 ныне – Институт метрологии им. Д.И. Менделеева.

2) Вторичные специальные эталоны, которые создаются, если прямая передача размера единицы от существующих эталонов с требуемой точностью технически неосуществима в виду особых условий. Такими условиями могут быть: повышенное или пониженное давление; высокая влажность; измерения на предельных границах диапазона значений измеряемой величины. Эти эталоны создаются и утверждаются для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона. К ним относят:

• эталон сравнения - вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут быть сличаемыми друг с другом;

• эталон-свидетель - вторичный эталон, применяемый для проверки сохранности государственного эталона или для его замены в случае порчи или утраты.

3) Эталоны-копии представляют собой вторичные эталоны, предназначенные для передачи размера рабочим эталонам. Эти эталоны создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона. Они не всегда могут быть точной физической копией государственного эталона.

4) Рабочие эталоны - это вторичные эталоны, применяемые для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам или наиболее точным рабочим средствам измерений.

3.3 Рабочие эталоны могут быть реализованы в виде одиночного эталона (или одиночной меры), в виде группового эталона, в виде комплекса средств измерений и в виде эталонного набора.

Пример одиночного эталона - эталон массы в виде платиноиридиевой гири.

Пример группового эталона - эталон-копия вольта, состоящая из 20 нормальных элементов.

Пример комплекса средств измерений - эталон единицы молярной доли концентрации компонентов в газовых смесях. В этом виде измерений различные компоненты, различные диапазоны концентраций, различные газы-разбавители создают большое количество измерительных задач с общей постановкой. Поэтому, в этом случае один эталон состоит из нескольких десятков измерительных установок.

Пример эталонного набора - набор средств измерения плотности жидкостей для различных участков диапазона.