Комплектная поверка средств измерений. При комплектной поверке средство измерений поверяют в целом — в полном комплекте всех его составных частей, — и суждение о его пригодности выносят на основании измерений известных или параллельно измеряемых величин. Средство измерений действует при этом так, как оно действовало бы при его практическом применении. Основными способами комплектной поверки являются непосредственное сличение, сличение мер при помощи компарирующего устройства, поверка по эталонной мере и др. При любых способах поверки основные погрешности следует определять при нормальных (или других нормированных средних) условиях с отклонениями в установленных пределах, так как в термине «основные» заложено указание на эти условия. Основные погрешности являются исходными для оценки работы измерительного средства при других режимах, поэтому они определяются обязательно. Затем устанавливают влияние отдельных параметров внешних условий (например, температуры) на величину погрешности.
Непосредственное сличение (без применения компарирующих приборов) применяют при поверке штриховых мер длины (линейки, брусковые метры, рулетки), мер вместимости (мерные колбы, цилиндры и т.п.). Более широко используют непосредственное сличение показаний поверяемого и эталонного приборов при измерении одной и той же величины, например при погружении эталонного и рабочего термометров в термостат.
Сличение мер при помощи компарирующего устройства значительно повышает точность поверки. Наиболее часто используемые компараторы — это весы (сличение гирь), мосты постоянного и переменного тока (сличение мер сопротивления), компараторы для точных сличений мер длины. Компаратор должен обладать чувствительностью, позволяющей обнаружить изменение измеряемой величины, не превышающее погрешности эталонной меры.
Например, для поверки гири 1 кг с допускаемой погрешностью 0,5 г используют эталонную гирю с погрешностью 0,1 г и соответственно весы с ценой деления не более 0,1 г. Другим важным требованием, предъявляемым к компараторам, является стабильность их метрологических характеристик. Для выполнения этого требования используют целый ряд специальных приемов и операций.
Контроль стабильности осуществляют при поверке компараторов. Обеспечение высокой точности при выполнении поверок с применением компараторов позволяет широко их использовать при сличении эталонов (рабочих с вторичными и вторичных с первичными).
Поверка по эталонной мере сводится к измерению величины, воспроизводимой эталонной мерой, или к измерению величины, которая одновременно сопоставляется со значением эталонной меры. Например, поверка штангенциркуля осуществляется путем «измерения» концевой меры длины, помещаемой между его губками. О погрешности судят по разности между показанием штангенциркуля и значением меры, которое принимается за условно-истинное. Другой пример — поверка циферблатных настольных весов при помощи эталонных гирь, помещаемых на чашку этих весов. Если при этом на шкалу наносятся отметки, соответствующие значениям эталонных гирь, то такая поверка называется градуировкой.
Поэлементная поверка средств измерений. Точность комплектной поверки в большинстве случаев не вызывает сомнений. Однако иногда целесообразнее проводить поверку поэлементно. Поэлементной называют поверку средств измерений, проводимую путем измерения параметров отдельных его частей с последующим вычислением значений измеряемой им величины. Такой способ применим, если закономерности взаимодействия отдельных частей средства измерений точно известны и возможности посторонних влияний на его показания исключены или эти влияния поддаются точному учету.
Одной из причин, побуждающих применять поэлементную поверку, является большая трудоемкость комплектного способа или сложность подбора эталонов для поверки средства измерений при большом разнообразии его показаний.
На практике поэлементную поверку нередко проводят в сочетании с комплектной. Кроме отдельных частей средства измерений и расчета погрешностей производят его комплектную поверку при некоторых характерных показаниях. Например, при поверке грузопоршневого манометра кроме сличения его показаний с показаниями грузопоршневого манометра более высокого разряда отдельно определяют массы накладываемых грузов. При поверке многодиапазонных вольтметров можно осуществить комплектную поверку прибора на всех диапазонах измерения. Можно также, проведя тщательную поверку в одном или двух диапазонах измерения и измерив значения добавочных сопротивлений и сопротивления измерительного механизма, вычислить поправки (или поправочные множители) для других диапазонов.
Поэлементная поверка в ряде случаев оказывается целесообразной для сложных средств измерений, в частности таких, которые состоят из компарирующего устройства с встроенными в него мерами.
Поверка измерительных приборов сравнения. Компараторы (измерительные приборы сравнения) также подлежат поверке. Компараторы не дают показаний, выраженных в тех или иных единицах, что обусловливает специфические особенности их поверки.
Задача, которая ставится при их поверке, сводится к выявлению тех погрешностей, которые может внести в результаты измерений прибор сравнения при различных условиях его применения.
Поверка приборов сравнения часто осуществляется поэлементно. Так как прибор сравнения является устройством, устанавливающим определенное отношение между значением измеряемой величины и значением меры, то в первую очередь поверке подлежит правильность воспроизведения им этого отношения. Правильность плеч можно определить путем пробных сличений двух мер с известными значениями или путем измерения отдельных элементов, образующих плечи прибора сравнения. Например, правильность отношения плеч в равноплечих (1:1) или неравноплечих (1:100 и более) весах определяется путем наложения образцовых гирь на грузоприемные площадки. Учитывая особенности конструкции опор и рычагов, эти гири располагают на различных участках площадок, имитируя, таким образом возможные случаи неравномерного распределения взвешиваемых масс. Необходимо, чтобы отношение плеч не нарушалось, вернее, чтобы это нарушение не выходило за установленные пределы.
Отношение плеч в электроизмерительных мостах поверяют путем сравнения с отношением сопротивлений эталонных мер или путем измерения отдельных элементов (сопротивлений), составляющих плечи. Последний путь выбирают в том случае, если число возможных отношений плеч достаточно велико. Если сопротивления плеч не предназначены для применения в качестве мер сопротивления, то точные значения сопротивлений могут быть неизвестны; необходимо лишь, чтобы их отношения соответствовали номинальным значениям отношений плеч.
Поверка измерительных преобразователей. Основной характеристикой измерительных преобразователей является отношение между значениями измеряемой величины на их входе и выходе.
Эти величины не только могут отличаться размером, но и быть разнородными. Поверка правильности отношения, т.е. соответствия их номинальному значению, является важнейшей операцией поверки измерительных преобразователей. Определение действительного значения отношений в преобразователях напоминает определение отношений плеч в приборах сравнения. При поэлементной поверке измеряют отдельные части преобразователя, а затем вычисляют отношение. При комплектной поверке преобразователи поверяют в действии, причем и на их входе, и на выходе производят измерения с помощью эталонов. Отношение показаний этих средств измерений (если необходимо, после введения поправок) принимают за действительный коэффициент (отношение) преобразования.
В некоторых случаях поверку осуществляют путем сличения с более точным преобразователем (например, поверка измерительных трансформаторов электрического тока и напряжения). Такой способ эффективнее, однако при этом приходится использовать эталонные преобразователи, которые сами требуют более точной поверки.
Существует еще один путь поверки преобразователей, который заключается в преобразовании измеряемой величины с помощью относительно легко поверяемых элементов. Например, при поверке измерительных трансформаторов для преобразования тока или напряжения применяют шунты или делители напряжения.
Операции, выполняемые при поверке. Внешний осмотр средства измерений и проверка его исправности выходят за рамки понятия «поверка». Однако в практике под поверкой понимают совокупность операций, как по определению погрешностей, так и по проверке исправности средств измерений. Это связано с тем, что большинство из этих операций позволяет убедиться в отсутствии неисправностей, которые могут нарушить нормальные действия или увеличить их погрешности. Например, при поверке весов определяют твердость рабочих поверхностей стальных призм и опор для них, называемых подушками. Заново изготовленные или отремонтированные весы могут хорошо работать и в том случае, если их призмы и подушки изготовлены из «мягкого» материала (недостаточно закаленной стали). Однако через некоторое время такие весы потеряют чувствительность, нарушится их равноплечесть и т.п. Поэтому определение твердости стальных призм и подушек является составной частью поверки весов.
Внешний осмотр средств измерений в большинстве случаев является очень существенной операцией. Нередко при этом можно обнаружить кажущиеся на первый взгляд незначительными дефекты, снижающие надежность средства измерений, предназначенного для эксплуатации в течение длительного времени.
Частым повреждением являются трещины на стекле, закрывающем шкалу или другие части измерительного прибора. Как ни кажутся плотно сомкнутыми края трещины, через нее проникает пыль, которая, осаждаясь на трущихся частях механизма, может ускорить их износ и увеличить трение.
В ряде измерительных приборов при внешнем осмотре проверяют уравновешенность подвижной части. В приборах, снабженных уровнем, проверяют правильность и прочность крепления уровня и определяют его чувствительность.
Здесь приведены лишь немногие примеры дополнительных операций поверки. В нормативной документации по поверке конкретных средств измерений они перечисляются подробно. Эти операции имеют не меньшее значение, чем определение погрешностей. Большая часть из них имеет значение для обеспечения надежности показаний средств измерений на длительный срок.