Условия измерения и контроля

Рассмотрим ряд вопросов, связанных с условиями, в которых выполняются измерения и контроль объектов, и их влиянием на погрешность измерения. Ведь каждое измерение выполняется в конкретных условиях, которые в свою очередь характеризуются одной, а чаще несколькими физическими величинами. Это температура и влажность окружающей среды, давление и плотность, ускорение свободного падения и тому подобное. Все эти величины носят еще название внешними влияющими величинами и они часто оказывают существенное влияние на применяемые средства измерений, контролируемый объект и на саму измеряемую физическую величину.

Поэтому вопросам нормирования условий проведения измерений и контроля уделяется серьезное внимание.

ГОСТ 21964–76 “Внешние воздействующие факторы. Номенклатура и характеристики” делит все внешние воздействующие факторы на следующие классы:

– климатические (температура, атмосферное давление, относительное давление, относительная влажность окружающей среды, ветер, туман, пыль и т.д.) солнечное излучение,

– электромагнитные (колебание напряжения, частоты переменного электрического тока в сети, постоянные и переменные магнитные поля, электромагнитная совместимость и др.);

– ионизирующие излучения естественного и искусственного происхождения, в которых выполняются измерения;

– механические (колебания, удары, линейные ускорения, механическое давление, сила и т.п.);

– термические ( тепловой удар, аэродинамический нагрев и т.п.);

– специальных сред (кислотно-щелочные среды, отравляющие вещества, топлива и т.п.).

Для обеспечения единства измерений к условиям их проведения предъявляются жесткие требования. На средства измерений конкретного типа в нормативных документах или по результатам их поверки (калибровки) устанавливаются единые нормальные условия измерений. Это такие условия измерений, характеризуемые совокупностью значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости. Значение физической величины, соответствующее нормальным условиям, называют нормальным значением влияющей величины и оно принимается за номинальное. Номинальные значения широко распространенных влияющих физических величин:

- температура для всех видов измерений - 20⁰ С (293К);

- давление воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы, силы света, измерений в спектроскопии - 101,3 кПа (760 мм рт.ст.);

- относительная влажность воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы, измерений в спектроскопии - 58%;

- плотность воздуха - 1,2 кг/м ³;

- ускорение свободного падения - 9,8 м/с ²;

- магнитная индукция (напряженность магнитного поля) и напряженность электростатического поля для измерений параметров движения, магнитных и электрических величин - 0, для других видов измерений должна соответствовать характеристикам поля Земли в данном географическом районе;

- относительная скорость движения внешней среды - 0.

Однако при выполнении измерений трудно и даже бывает невозможно поддержать установленные номинальные значения влияющих величин. Поэтому определяют пределы возможных изменений для каждой влияющей величины. Эти пределы называют нормальной областью значений влияющей величины. В соответствии с РМГ29–99 – это область значений влияющей величины, в пределах которой изменением результата измерений под ее воздействием можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности.

Например, нормальная область значений температуры при линейных измерениях в зависимости от уровня точности и диапазона размеров не должна изменяться более чем на ± 0,1⁰С от установленной температуры +20⁰ С для точных квалитетов и ± 4⁰ С от установленной температуры +20⁰ С для грубых квалитетов, а для угловых измерений эта величина не должна превышать ± 3,5⁰ С. То есть нормальная область значений влияющей величины - температуры должна находится в диапазонах: от +19,9⁰ С до +20,1⁰ С; от +16⁰ С до +24⁰ С и от +16,5⁰ С до +23,5⁰ С.

Аналогично устанавливаются нормальные области значений других влияющих величин.

В соответствии с ГОСТ 8.050–73 “ГСИ. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений” требования к нормальным условиям устанавливаются в зависимости от допусков на измеряемую величину и требований к допускаемой погрешности измерений.

При подготовке к измерениям необходимо определить рабочее пространство - часть пространства (окружающего средство измерений и объект измерений), в котором нормальная область значений влияющих величин находится в установленных пределах. Если рабочее пространство не установлено, нормальные условия измерений обеспечиваются во всем помещении, где выполняются измерения.

Для соблюдения нормальных условий измерений, если температура объекта и средства измерения отличаются, стандарт устанавливает время выдержки объектов измерения (контроля) и средств измерения в рабочем пространстве в условиях соответствующих требованиям, до начала измерений в зависимости от массы объекта измерения и требуемой точности измерения. Эта величина составляется от 2-х до 36 часов.

В машиностроении при точных измерениях для поддержания нормальных условий применяются специальные средства защиты от воздействия влияющих величин. Так, влияние температуры исключают путем термостатирования – обеспечения определенной температуры в рабочем пространстве. Термостатировать можно средства измерений, производственные помещения (цеха, лаборатории), камеры.

С целью устранения вибраций и сотрясений применяют амортизаторы - эластичные подвесы (струны, пружины и т.п.), губчатую резину и т.д.

Средством защиты от влияния магнитного поля Земли служат экраны из магнито – мягких материалов.

Для уменьшения влияния измерения атмосферного давления, применяют барокамеры.

Как было уже отмечено, учесть действие влияющих величин в совокупности сложно, а иногда и невозможно. ГОСТ 8.050 – 73 рекомендует учитывать это действие через дополнительную погрешность или изменения показаний средств измерений. Для этого устанавливается рабочая область значений влияющей величины – это такая область влияющей величины, в пределах которой нормируют дополнительную погрешность или изменение показаний средства измерений.

При выполнении измерений в сложных условиях, например, при высокой или низкой температуре, влажности, наличии агрессивных сред соблюдать нормальные условия измерении невозможно. В таких ситуациях устанавливают менее жесткие условия выполнения измерений, называемые рабочими условиями. Это такие условия, при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей. Например, для измерительного конденсатора нормируют дополнительную погрешность на отклонение температуры окружающего воздуха от нормальной.

При проектировании средств измерений и контроля определяются так называемые предельные условия измерений. Это условия измерений, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерений может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик.