При проведении измерений необходимо обеспечить их единство. Под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведённых величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной доверительной вероятностью и не выходят за установленные пределы. Понятие "единство измерений" довольно ёмкое. Оно охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц физических величин, разработку систем воспроизведения величин и передачи их размеров рабочим средствам измерений с установленной точностью и ряд других вопросов. Единство должно обеспечиваться при любой точности, необходимой науке и технике.
Согласно Закону РФ "Об обеспечении единства измерений" единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в РФ единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы.
На достижение и поддержание на должном уровне единства измерений направлена деятельность государственных и ведомственных метрологических служб, проводимая в соответствии с установленными правилами, требованиями и нормами. На государственном уровне деятельность по обеспечению единства измерений регламентируется стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) или нормативными документами органов метрологической службы.
Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие средства измерений одной и той же величины. Это достигается путём точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерений.
Средства измерений (СИ) можно разделить на эталоны и рабочие средства измерений.
Рабочие средства измерений применяют для определения параметров (характеристик) технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и т.д.
Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляются с помощью первичных, вторичных и рабочих эталонов. Рабочие эталоны раньше назывались образцовыми средствами измерений. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны.
Эталон - это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы физической величины (ФВ) с целью передачи её размера другим средствам измерений.
От эталона единица величины передаётся разрядным эталонам, а от них - рабочим средствам измерений.
Эталон должен обладать тремя существенными признаками: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Неизменность - свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимости единицы ФВ в течение длительного интервала времени.
Воспроизводимость- возможность воспроизведения единицы ФВ с наименьшей погрешностью для достигнутого уровня развития техники измерений.
Сличаемость - возможность обеспечения сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, с наибольшей точностью для достигнутого уровня развития техники измерений.
В определение эталона входят понятия: воспроизведение, хранение, передача.
Воспроизведение единицы ФВ - совокупность операций по материализации единицы ФВ с помощью государственного первичного эталона. Различают воспроизведение основных и производных единиц.
Передача размера единиц - приведение размера единицы ФВ, хранимой поверяемым СИ, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке (калибровке). Размер единицы передается "сверху вниз".
Хранение единиц - совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ.
Различают следующие виды эталонов.
Первичный эталон - эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным. Государственный первичный эталон - государственный эталон единицы ФВ, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы ФВ с наивысшей в РФ точностью, утверждаемый в этом качестве в установленном порядке и применяемый в качестве исходного на территории РФ [2]. Международные первичные эталоны принимаются по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ними размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие эталоны.
Вторичные эталоны получают размер единицы путём сличения с первичными эталонами рассматриваемой единицы.
Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и, в свою очередь, служат для передачи размера менее точному рабочему эталону и рабочим средствам измерений. Рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, 3-й, ...).
Эталоны сравнения- эталоны, применяемые для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
Эталоны в обычных измерениях не используются.
Обеспечение правильной передачи размера единиц физических величин (и, как следствие, обеспечение единства измерений) во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем (ПС).
Поверочная схема - это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешности при передаче). Различают государственные и локальные поверочные схемы.
Государственная ПС распространяется на все СИ данной ФВ, имеющихся в России.
Локальная ПС распространяется на СИ данной ФВ, применяемые в регионе, области,
ведомстве или на отдельном предприятии.
Государственная поверочная схема передачи единиц измерения физических величин от
эталонов к образцовым и рабочим средствам измерений представлена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Государственная схема передачи единиц измерения физических величин от эталонов к образцовым и рабочим средствам измерений.
Согласно схеме, на рис. 1.1, между разрядами рабочих эталонов существует соподчинённость: рабочие эталоны 1 разряда поверяются, как правило, непосредственно по вторичным эталонам, рабочие эталоны 2-го и последующего разрядов подлежат поверке по рабочим эталонам непосредственно предшествующих разрядов.
Как видно из данной схемы, рабочие средства измерений высшей точности могут поверяться по рабочим эталонам 1 разряда; рабочие средства измерений высокой точности - по рабочим эталонам 2 разряда; средней точности - по рабочим эталонам 3 разряда; нормальной точности - по рабочим эталонам 4 разряда; технические средства измерений - по рабочим эталонам 5 разряда.
Чем отличаются рабочие эталоны от рабочих средств измерений. Главное отличие рабочих эталонов от рабочих средств измерений заключается в том, что рабочие эталоны используются для передачи размера единиц измерений (т.е. для поверки или калибровки приборов), а рабочие средства измерений используются непосредственно в обычных измерениях. Что же касается соотношения точности этих средств измерений, то из рис. 1.1 видно, что рабочие средства измерений высшей точности и рабочие эталоны второго разряда обладают примерно одинаковой точностью, а рабочие средства измерений высокой точности обладают большей точностью, чем, например, рабочие эталоны пятого или четвёртого разрядов.
При передаче единиц измерений следует строго придерживаться связей, указанных на рис. 1.1, в противном случае последствия могут быть очень серьёзными.