Единство измерений — это такое состояние средства измерения, при котором обеспечивается достоверность измерений, а значения измеряемых величин выражаются в узаконенных единицах. Это единство достигается в результате деятельности метрологических служб, направленной на достижение и поддержание единства измерений в соответствии с государственными актами, правилами, требованиями, нормами, установленными стандартами и другими НД в области метрологии. Из приведенных определений вытекает следующее:
а) Правовой основой обеспечения единства измерений служит законодательная метрология;
б) В организационном плане — это единство обеспечивается метрологической службой страны, состоящей из государственной и ведомственной метрологических служб;
в) Технической базой является система воспроизведения единиц физических величин и передачи информации об их размерах всем без исключения средствам измерения в стране.
Воспроизведение единицы представляет собой совокупность операций по материализации единицы физической величины с наивысшей в стране точностью с помощью государственного эталона или образцового исходного средства измерения. 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). Децентрализовано 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 развития измерительной техники. Официально утвержденные в качестве исходного для страны первичный эталон называется государственными.
Эталон, получающий размер единицы путем сличения с первичным эталоном рассматриваемой единицы, называется вторичным эталоном.
Эталон должен отвечать трем основным требованиям: 1) неизменность (способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени); 2) воспроизводимость (воспроизведение единицы с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники); 3) сличаемость (способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при проведении сличений). Для обеспечения единства измерений физических 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. Госстандарт России располагает самой современной эталонной базой, включающей 117 государственных эталонов. Эта эталонная база международно признана входящей в тройку самых совершенных, наряду с базами США и Японии.
При передаче информации о размере единиц обширному парку средств измерений приходится прибегать к многоступенчатой процедуре. По размеру единиц, воспроизводимому государственным эталоном, устанавливаются значения физических величин, воспроизводимые вторичными эталонами. Самыми распространенными вторичными эталонами являются рабочие эталоны. Их применяют для передачи размера единицы образцовым средствам измерения вышей точности.
Для дальнейшей передачи информации о размере единицы используются образцовые средства измерения. Эти средства, как правило, подразделяют на разряды -1,2, 3-й и т.д., определяющие порядок их соподчинения.
По ширине доверительного интервала (рис. 3.2), в котором с выбранной доверительной вероятностью устанавливается значение измеряемой величины, измерения делят на измерения низкой, высокой, высшей и наивысшей точности. Технические средства, обеспечивающие высший и наивысший уровни точности, для практических измерений не применяют. В качестве методов передачи информации о размере единиц используют методы непосредственного сличения (т.е. сличения меры с мерой или показаний двух приборов), а также сличение с помощью компаратора.
На каждой ступени передачи информации о размере единицы точность теряется в 3…5 раз (иногда в 1,25…10 раз). Значит, при многоступенчатой передаче эталонная точность не доходит до потребителя. Поэтому для высокоточных средств измерения число ступеней может быть сокращено вплоть до передачи им информации непосредственно от рабочих эталонов.
Поверочная схема средств измерения представляет собой документ, который устанавливает соподчинение средств измерения, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерения с указанием методов и погрешности при передаче. Различают а) государственные, б) ведомственные и в) локальные поверочные схемы. Государственные схемы регламентируют передачу информации о размере единицы всему парку средств измерения в стране. Во главе этой схемы находится государственный эталон. Схемы, которые охватывают только средства измерения, находящиеся в обращении в отдельном министерстве или ведомстве, называются ведомственными; во главе их, как правило, рабочий эталон. Локальные схемы подлежат поверке в отдельном органе метрологической службы.
Требования к системе обеспечения единства измерений: затраты на совершенствование метрологического обеспечения должны быть экономически оправданы. В связи с этим можно сформулировать общее требование к точности производственных измерений: сумма потерь из-за погрешности измерений и затрат на измерение с заданной точностью должна быть минимальной.
Анализ технических измерений в ряде производств показывает, что точность измерений технологических параметров существенно отличается от оптимальной. С одной стороны, ряд важнейших параметров, существенно влияющих на качество, измеряется с погрешностями, в 5 — 20 раз превышающими оптимальные. С другой стороны, значительная часть параметров, не входящих в группу важных, измеряется с погрешностями, существенно меньшими оптимальных. Последнее обстоятельство приводит к неоправданно высоким требованиям не только к точности СИ, но и к достоверности их поверки. Таким образом, затраты на измерения этих параметров экономически не оправдываются.