Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для СИ давления

Введение.

Идея создания метрической системы возникла во Франции более двух столетий назад, благодаря попыткам решения задач для обеспечения единства измерений. В 1875 году ряд стран подписали метрическое соглашение, в результате которого слово «эталон» вошло в метрологическую практику. Теория единства измерений является одной из центральных областей теоретической метрологии. Согласно этой теории, единство измерений описывается как состояние измерений, в котором их результаты выражены в общепринятых единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизводимых величин, а погрешность известна с заданной точностью. Очевидно, что единство измерений может быть достигнуто путем точного воспроизведения, хранения установленных единиц физических величин, а также передачи их размеров применяемым измерительным приборам. Все эти действия выполняются с помощью эталонов и образцовых средств измерений. Эталоны являются высшим звеном в метрологической цепочке передачи размеров единиц физических величин.

Эталоны охватывают большинство физических величин. В данной работе будет рассмотрен эталон для такой физической величины, как давление.

Важно отметить, что в России эксплуатируются миллионы средств измерений давления. Они используются почти во всех отраслях промышленности, транспорте, науке, здравоохранении и т.д.  Так, к примеру, измерения избыточного давления необходимы в энергетической, нефте-газо-химической отраслях, среднее абсолютное давление измеряют в метеорологии, авиации, низкие абсолютные давления составляют область вакуумметрии.      

Совершенно очевидно, что данная тема очень актуальна, так как в России единство измерений в области постоянных давлений обеспечивается с помощью десятков тысяч экземпляров вторичных и рабочих эталонов.

1. Понятие «эталон». Классификация. Функции и требования.

Слово "эталон" — французского происхождения (etalon); в буквальном смысле означает образец, мерило, идеальный или узаконенный образец чего-либо. Наиболее удачным определением эталона следует признать выдвинутое рядом метрологов следующее понятие: «Эталон (шкалы или единицы измерений) – устройство, предназначенное и утвержденное для воспроизведения и (или) хранения и передачи шкалы или размера единицы измерений средствам измерений». В этом определении подчеркивается, что эталон обязан передавать размер единицы или шкалу, а не значение величины, равное принятой единице.

1. Классификация эталонов.

В настоящее время различают следующие виды эталонов:

• Первичный эталон — эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.
•  Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.
• Национальный эталон — эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны. Первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории Российской Федерации, называется государственным первичным эталоном. Термин "национальный эталон" применяется тогда, когда хотят подчеркнуть соподчиненность государственного эталона международному.
• Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами. 
•  Специальный эталон — эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и заменяющий для этих условий первичный эталон. Единица, воспроизводимая с помощью специального эталона, по размеру должна быть согласована с единицей, воспроизводимой с помощью соответствующего первичного эталона. 
• Эталон-копия — вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Эталон-копия не всегда является физической копией государственного эталона, он копирует лишь метрологические свойства государственного эталона.
•  Эталон сравнения — вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
• Рабочий эталон — эталон, который воспринимает размер единицы от вторичных эталонов и, в свою очередь, служит для передачи размера менее точному рабочему эталону (низшего разряда) или рабочим средствам измерений. 
•  Разрядный эталон — эталон, обеспечивающий передачу размера единицы физической величины через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передается рабочему средству измерения. Число разрядов для каждого вида средств измерений устанавливается государственной поверочной схемой. 

           В зависимости от назначения и исполнения эталоны подразделяются следующим образом:

- одиночный эталон, в составе которого имеется одно средство измерений (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и хранения единицы; 

- групповой эталон, в состав которого входит совокупность средств измерений одного типа, номинального значения или диапазона измерений, применяемых совместно для повышения точности воспроизведения единицы или ее хранения; за результат измерений обычно принимается среднее арифметическое значение из результатов измерений однотипными средствами измерений или эталонными установками;

- эталонный набор, состоящий из совокупности средств измерений, позволяющих воспроизводить и хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств; эталонные наборы создаются в тех случаях, когда необходимо охватить определенную область значений физической величины, например, набор эталонных гирь;

- транспортируемый эталон, иногда эталон специальной конструкции, предназначенный для его транспортировки к местам поверки или калибровки средств измерений или сличений эталонов данной единицы.

     Совокупность всех государственных и вторичных эталонов образует эталонную базу России — одно из ценнейших национальных достояний страны.

1.2 Функции эталонов.

Главная функция и одновременно главная отличительная особенность любого государственного эталона состоит в том, что он воспроизводит единицу данной физической величины, ибо государственный эталон является исходным, т. е. "самым образцовым" (в рамках государственной системы обеспечения единства измерений) образцом единицы, а под воспроизведением единицы и понимается осуществление материализации единицы, наилучшим образом соответствующей ее определению, т. е. ее исходная материализация. Все остальные средства измерений получают размер единицы от соответствующего государственного эталона и, в лучшем случае, обеспечивают хранение этой единицы. Государственные эталоны обеспечивают также хранение единицы, т. е. обеспечивают неизменность ее размера во времени, с тем, чтобы в любой момент времени от государственного эталона можно было бы передавать по возможности один и тот же размер единицы.

1.3 Требования к эталонам.

Основным требованием к составу государственных эталонов, вытекающим из выполняемых ими функций, является наличие средств, непосредственно воспроизводящих единицу физической величины, а также средств и методов, позволяющих поддерживать этот размер максимально длительное время.

По номенклатуре метрологических параметров, фиксируемых для государственных эталонов при их утверждении, для большинства эталонов указываются характеристики погрешности воспроизведения единицы в виде двух составляющих: 

- оценки случайной погрешности воспроизведения единицы в виде среднего квадратического отклонения результата измерения (СКО);

- оценки не исключённой систематической погрешности воспроизведения единицы (НСП).

 Немаловажное значение имеет также стабильность эталона во времени.

Также для эталонов существует такое требование, как тщательное и достаточно длительное физико-метрологическое исследование как самого эталона, так и тех физических эффектов, и явлений, которые закладываются в основу эталона.

Уникальность и исключительная значимость государственных эталонов в общероссийском масштабе предъявляют к ним ряд требований и правил организационного и юридического (правового) характера, таких как: 

- постоянство места хранения и применения государственных эталонов; 
официальное назначение постоянных ученых — хранителей эталонов и их помощников из числа наиболее высококвалифицированных специалистов-метрологов в данной области измерений;

- создание ряда вторичных эталонов для случаев особо массовых и прецизионных видов измерений.