| линия передачи электроэнергии | электрическое напряжение | электрическое напряжение | Следуя примечанию 1 к определению термина “метрологическая прослеживаемость”, метрологической основой для сравнения, в данном случае, может быть:
a) “определение рода величины и единицы измерения» через ее практическую реализацию с использованием эталона;
b) “определение рода величины и единицы измерения», воплощенное путем приготовления комплекта из одного или нескольких первичных калибраторов на основе измерения с использованием первичной референтной методики измерений; или
c) “определение рода величины и единицы измерения”, воплощенное путем приготовления комплекта из одного или более первичных калибраторов по методике приготовления,или
d) “определение рода порядковой величины и шкалы значений порядковой величины”, воплощенное путем изготовления комплекта калибраторов по первичной методике изготовления.
Результат измерений должен быть описан моделью измерения (которая может выражаться, как в аналитическом, так и в алгоритмическом виде)
— входными величинами модели измерения, измеренными экспериментальным путем для установления измеренного значения величины Y, которые отличны от величин, содержащихся в определении рода величины У; например, массовый расход жидкости = масса деленная на интервал времени, но масса может определяться косвенно, через объем и плотность, которые не отличны от величин, содержащихся в определении рода измеряемой величины;
— величинами, значения которых были взяты из литературы, например, молярными массами или физическими константами;
— поправками на величины, присущие системе, в которой выполняют измерения, или образцу, например, поправкой на влияние концентрации гемоглобина при измерении концентрации билирубина в плазме методом спектрометрии в видимой области; и
— поправками на внешние величины, влияющие на систему, свойством которой является измеряемая величина, или измерительную систему, например, температура окружающей среды, давление или влажность;
— влияющие величины, которые влияют на соотношение между показаниями и результатами измерений, и которым присвоены определенные значения, например, заданная температура эксперимента при измерении каталитической активности; их можно рассматривать как характеристики, являющиеся частью определения измеряемой величины. Или температура, которая влияет на плотность жидкости при косвенном определении массового расхода.
Чтобы удовлетворить последнее требование, на схеме перечислены влияющие факторы (Род величины Х1; Х2 и т. д.) и условно показано, на каком уровне, на какой из ступеней схемы иерархии калибровок, они оказывают влияние на результаты измерений.
С учетом всех конкретных особенностей проведения калибровки, на каждом из уровней оценивается значение неопределенности результата измерений. Причем, на всех уровнях, за исключением последнего, эта неопределенность характеризует значения величин, приписанные калибраторам (эталонам, калибровочным образцам).
Приведенная схема (точнее комплект схем, для каждой из величин, влияющих на результат калибровки или измерений) позволяет отобразить всю совокупность процедур, выполняемых на всех этапах передачи единицы величины от выбранной основы для сравнения, до свойства образца или пробы, подлежащих измерению.
Однако, трудно рассчитывать на то, что подобные подробные схемы будут составляться в каждом отдельном случае, для обеспечения метрологической прослеживаемости каждого отдельного результата измерений.
Поэтому можно ожидать, что появятся типовые схемы, обеспечивающие метрологическую прослеживаемость результатов измерений. При этом на всех уровнях передачи единицы величины, за исключением последнего, вместо оценки значения неопределенности результата измерения характеристик калибратора, можно ограничиться подтверждением того, что эти характеристики лежат в определенных, заранее заданных границах.
Очевидно, что в широкой метрологической практике, когда целью является не столько оценка действительных значений метрологических характеристик средства измерений, сколько подтверждение его соответствия установленным требованиях, имеет смысл перейти от калибровки к поверке.
В этом случае, по существу, вместо процедуры измерений возникает процедура допускового контроля. Обычно такая процедура проще и менее трудозатратна. А в данном случае можно упростить её ещё и за счет того, что отпадает необходимость в оценке неопределенности. Кстати это подтверждается и в документе ИЛАК [5]. В п. 6.1 указанного документа сказано: «Исключением является случай, когда контрактом было установлено, только подтверждение соответствия установленным метрологическим требованиям (спецификациям), тогда оценка значения измеренной величины и связанная с ним неопределенность измерений могут быть опущены на свидетельстве о калибровке». Правда, тут же добавлено: “Однако, должно применяться следующее:
— свидетельство калибровки, в данном случае, не предназначено, для того, чтобы использоваться при обеспечении метрологической прослеживаемости (то есть при калибровке другого устройства);
— как определено в ISO/ІЕС 17025:2005 пункт 5.10.4.2, лаборатория должна оценить неопределенность и принимать во внимание эту неопределенность, при подтверждении соответствия установленным метрологическим требованиям (спецификациям); и
— лаборатория сохраняет в качестве документального доказательства результаты измерений и связанные с ними неопределенности измерений, как определено в IS0/IEC 17025 пунктов 5.10.4.2 и 4.13, и обеспечивает подтверждение полученных результатов по запросу”.
Таким образом, получается, что, оставаясь в рамках политики ИЛАК в отношении метрологической прослеживаемости, нам всё равно не удастся использовать поверку вместо калибровки.
Но давайте посмотрим на процедуру поверки более внимательно.
Поверка осуществляется в соответствии с поверочной схемой. В поверочной схеме указаны требования к показателям точности эталона (эталонов) и метод поверки. Если это не последний уровень передачи единицы величины, то допустимые показатели точности указаны и для следующего уровня. При этом обычно запас по допустимой погрешности (не будем сейчас вдаваться в детали различий между погрешностью и неопределенностью) эталона вышележащего уровня по отношению к эталону уровня, расположенного ниже, выбирается таким, чтобы погрешностью вышележащего эталона можно было пренебречь.
В этом случае теряется смысл в оценке действительного значения погрешности (или неопределенности) эталона, от которого передается единица величины.
Ещё одна особенность калибровки состоит в том, что при оценке неопределенности вводятся все разумные поправки. Т. е. по существу определяется действительное значение величины, воспроизводимой эталоном (или функция его калибровки). При поверке это делается, обычно, только в отношении мер (например, концевые меры длины, катушки сопротивления). Но, если суммарная погрешность (систематическая и случайная вместе) укладывается в допустимые пределы, то это тоже не является причиной для отказа от поверки, как способа передачи единицы величины и при этом мы сможем также обеспечить метрологическую прослеживаемость.
Можно отметить, что переход от калибровки к поверке при передаче единицы величины потребует определенных дополнительных усилий. При этом необходимо:
1 выделить совокупности средств измерений, которые можно поверять с использованием одних и тех же эталонов и установить перечни нормируемых метрологических характеристик для этих совокупностей средств измерений;
2 разделить всё множество средств измерений, подлежащих поверке на ряд подмножеств, для которых задана верхняя предельная граница для каждой из нормированных метрологических характеристик;
3 с учетом влияния на результаты поверки, назначить условия выполнения поверки, соблюдение которых является обязательным;
4 установить требования к оборудованию, используемому при поверке;
5 оценить предельное значение погрешности, которое может быть обеспечено при поверке для каждой из оцениваемых характеристик, с учетом средств поверки, методики поверки и условий поверки;
6 оценить функцию изменения во времени нормированных метрологических характеристик для каждого типа средств измерений;
7 с учетом длительности назначенного межповерочного интервала, оценить вероятное изменение каждой из метрологических характеристик средств измерений;
8 назначить допустимое предельное значение каждой из нормированных метрологических характеристик, проверяемых при поверке, с учетом погрешности её определения и вероятного изменения за время межповерочного интервала, с тем, чтобы на момент его окончания вероятность выхода метрологических характеристик за установленные пределы не превышала некоторой, заданной величины. Первая задача, так или иначе, решается уже сейчас, поскольку при аккредитации на право поверки область аккредитации формируется исходя из перечня групп средств измерений, под которыми понимается совокупность средств измерений, которую можно поверить одним комплектом средств поверки. Можно указать на некоторую некорректность такого определения, но подход к решению первой задачи, в принципе, указан.
Количество ступеней в схеме передачи единицы величины будет ограничено, как сверху, так и снизу. Ограничение сверху определяется допустимой погрешностью передачи единицы величины. Поскольку на каждой ступени передачи добавляется погрешность, вносимая погрешностью эталона, а также погрешностью методики поверки, то увеличение числа ступеней передачи увеличивает суммарную погрешность, связанную с передачей единицы величины.
С другой стороны, любые эталоны и методики поверки обладают конечной производительностью. Значит, на каждой ступени передачи можно поверить в единицу времени (например, в год) конечное количество средств измерений или эталонов нижележащей ступени. А, следовательно, чтобы поверить весь парк приборов, находящихся на определенном уровне точности, надо иметь не менее определенного количества поверенных эталонов более высокого уровня. Оценка средней производительности всей совокупности эталонов определенного уровня отдельная и весьма не простая задача. Но, тем не менее, можно указать на то, 15 лет метрологам о главном что количество эталонов и средств измерений каждого уровня точности, подлежащих поверке и средняя производительность поверки на каждом уровне, будут ограничивать количество необходимых ступеней передачи единицы величины снизу.
Можно указать на МИ 2230-92 [6] ТСИ. Методика количественного обоснования поверочных схем при их разработке”, хотя в указанной работе использованы несколько иные критерии выбора рационального варианта поверочной схемы, но методы оценки характеристик поверочных схем там описаны.
В примерах к указанному документу уровни точности на каждой ступени передачи единицы величины определяются классами точности. В отдельных случаях каждой ступени могут соответствовать несколько классов точности.
В том же МИ 2230 указано на три возможных метода поверки:
— поверка, при которой бракуют СИ, нестабильность которых за межповерочный интервал превышает предел допускаемой нестабильности, установленный для средства измерений данного типа, а затем градуируют остальные средства измерений (если не учитывать индивидуальную калибровку, то остается тот факт, что при поверке необходимо учитывать не только основную погрешность, но и нестабильность её во времени). Этот способ применяют, как правило, при поверке эталонных мер и измерительных преобразователей, но иногда и при поверке рабочих мер и измерительных преобразователей;
— поверка, при которой бракуют средства измерений, основная погрешность которых превышает предел допускаемой основной погрешности средств измерений данного типа (следует заметить, что без учета изменения этой погрешности во времени, отсутствуют основания для назначения межповерочного интервала, в течение которого основная погрешность не должна выйти за установленные пределы).
Таким образом, можно рекомендовать при поверке исходить из следующих метрологических характеристик поверяемого средства измерений, эталона и методики поверки:
— предел допускаемого значения неисключенной систематической погрешности поверяемого средства измерений;
— предел допускаемого значения среднего квадратического отклонения погрешности поверяемого средства измерений;
— предел допускаемой нестабильности поверяемого средства измерений за межповерочный интервал;
— предел допускаемых значений неисключенной систематической погрешности и среднего квадратического отклонения случайной погрешности эталона. Необходимо обратить внимание также на то, что в ряде случаев при поверке требования устанавливаются не к суммарной основной погрешности в целом для средства измерений, а к частным её составляющим, связанным с теми или иными особенностями конструкции средства измерений. Много примеров такого подхода можно найти в методиках поверки средств измерений геометрических величин.
Если при поверке учитывается влияние внешних факторов (условий выполнения поверки), то, помимо перечисленных метрологических показателей,следует ввести ещё пределы допускаемого значения среднего квадратического отклонения погрешности поверяемого средства измерений, связанные с каждым из этих факторов.
Для обеспечения метрологической надежности поверяемого средства измерений в течение всего межповерочного интервала целесообразно установить уменьшенный контрольный допуск на основную погрешность, т. е. допуск на поверку, меньший по абсолютному значению, чем предел допускаемой основной погрешности.
Величина, на которую следует уменьшить контрольный допуск по отношению к пределу допускаемой основной погрешности может быть определен исходя из перечисленных ранее метрологических показателей и желаемого уровня надежности. При этом очевидно, что величина контрольного допуска и межповерочный интервал будут взаимозависимы. Сокращение межповерочного интервала позволит увеличить контрольный допуск.
Конечно, названный документ нуждается в актуализации. Так, например, в процессе реализации некоторых положений постановления Правительства № 734 [8] возникли некоторые проблемы. В частности, не определен статус поверочных схем (в чем не было нужды в 1980 г.), выявилось применение эталонов с уровнем точности, не предусмотренном существующими поверочными схемами, недостаточно полно описан порядок разработки и утверждения локальных поверочных схем. Новый документ, излагающий требования к схемам передачи единицы величины (кстати, такое наименование тоже создает проблемы, поскольку требует изложения и, порядка передачи единицы величины посредством калибровки) их содержанию и изложению, а также порядку согласования и утверждения должен быть нормативным правовым и содержать, как и ныне действующий:
1 описание области применения;
2 нормативные ссылки;
3 необходимые термины с соответствующими определениями;
4 общие положения, содержавшие цели и задачи создания поверочных схем передачи размера единицы величины, их статус, классификацию, требования к организациям, осуществляющим их разработку;
5 описание структуры схем передачи размера единицы величины;
6 требования к содержанию и построению схем передачи размера единицы величины;
7 рекомендации по оформлению схем передачи размера единицы величины;
но, в отличие от действующего стандарта должен установить:
8 статус схем передачи единицы величины (возможно, государственных, корпоративных и локальных, в, возможно, ещё и с учетом способа передачи: поверка или калибровка);
9 порядок согласования и утверждения схем передачи размера единицы величины;
10осуществление передачи единицы величины при отсутствии соответствующего эталона единицы однородной величины; 11 обеспечение метрологической прослеживаемости при косвенной передаче единицы величины.
Схемы передачи единицы величины должны быть обязательны при определении требований к эталонам на каждом из уровней передачи единицы величины, ограничивая верхние предельно допустимые значения их основной погрешности без учета её структуры (при этом требования “снизу” на основную погрешность не устанавливаются). Это означает, что вместо эталона уровня точности непосредственно предшествующего тому уровню, на котором находится поверяемое средство измерений (или мера), может быть использован эталон с более высокими метрологическими характеристиками.
Вот теперь можно попытаться определить, что такое схема передачи единицы величины. Целью её создания является наглядное представление и описание порядка передачи единицы величины для величин или шкал величин от государственного эталона (однородной величины) или иного исходного эталона (или образца) до рабочих
средств измерений (с указанием методов и показателей точности при передаче единицы величины или шкалы измерений).
Такие схемы должны содержать перечень нормируемых метрологических показателей групп средств измерений, а также описание требований к исходным эталонам или образцам, методам передачи единицы величины и требования к метрологическим характеристикам эталонов, образцов, методик передачи (включая референтные и первичные референтные методики измерений).
В них также должны быть приведены рекомендации по сокращению контрольных допусков при передаче единиц величин на каждом уровне, с учетом требований к нормируемым метрологическим показателям эталонов, образцов, методик передачи, а также желаемого уровня метрологической надежности подчиненных средств измерений и заданной величины межповерочного интервала.
Список литературы
1. Федеральный закон от 26 июня 2008 г. №102-ФЗ “Об обеспечении единства измерений»
2. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения.
3. Международный словарь по метрологии. Основные и общие понятия и соответствующие термины. (ѴІМ 3) С.-Пб. НПО “Профессионал”. 2010.
4. Международный союз теоретической и прикладной химии. Метрологическая прослеживаемость результатов измерений в химии: понятия и реализация. Технический отчет. Киев, 2014.
5. Политика И/1АК в отношении неопределенности при калибровках. ILAC-P14:01/2013 ILAC Policy for Uncertainty in Calibration.
6. МИ 2230-92 ГСП. Методика количественного обоснования поверочных схем при их разработке
7. ГОСТ 8.061-80 ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение
8. Постановление Правительства Российской Федерации от 23 сентября 2010 года № 734 “Об эталонах единиц величин, используемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений”.
Источник
