Калибровка (градуировка) средств измерений

В данном разделе рассматриваются и определяются те метрологические характеристики СИ, которые необходимы для получения измеренного значения величины. Калибровка СИ связана с получением единицы величины от эталона и дальнейшего ее хранения для выполнения будущих измерений.

Единица измеряемой величины может быть сохранена отметками шкалы или параметрами калибровочной функции (КФ) - градуировочной характеристики (ГХ), связывающей показания СИ с измеряемой величиной.

Если калибровочная функция не несет информации о показателях точности ее построения, то она не может быть использована для представления результата измерения. С калибровочной функцией должна быть связана погрешность калибровки, представляемая в виде таблицы или функции.

Диаграмма калибровки - графическое выражение соотношения между показанием СИ и соответствующим эталонным значением величины с полосой погрешности. Она соответствует отношению "один-множество ", а ширина полосы для данного показания отражает инструментальную неопределенность .

Калибровочные функции

Значительная часть скважинной геофизической аппаратуры относится к индивидуально градуируемым СИ.

Градуировкой измерительного преобразователя называется совокупность операций, выполняемых с целью передачи ему единицы физической величины путем оцифровки шкалы прибора или установления параметров функциональной зависимости между измеряемым параметром и выходным сигналом измерительного преобразователя. Следует заметить, что в Законе № 102-ФЗ термин "градуировка" не упоминается. Эту операцию будем рассматривать как составную часть калибровки (см. рис. 13), в результате которой определяются действительные значения параметров индивидуальной градуировочной характеристики СИ.

Градуировочной характеристикой называется зависимость выходного сигнала х СИ от измеряемого параметра (измеряемой величины) В изм , то есть x=f(В изм ). Обычно при построении градуировочной характеристики определяют зависимость между эталонным значением измеряемого параметра и выходным сигналом СИ, вызванным воздействием эталона на датчик (зонд) аппаратуры

В большинстве случаев в геофизике применяется обратная градуировочная характеристика, представляющая собой зависимость измеряемого параметра от выходного сигнала аппаратуры, то есть В изм =F(х) . Такая характеристика, представленная формулой, очень удобна для непосредственного вычисления измеренного значения измеряемого параметра по показаниям (значению выходного сигнала) геофизической аппаратуры.

В международном словаре VIM3 градуировочной характеристике соответствует понятие "калибровочная функция".

Калибровочная функция может быть номинальной (одинаковой для всей совокупности однотипных измерительных преобразователей) или индивидуальной (различной для каждого экземпляра однотипной аппаратуры). Аппаратура электрического и акустического каротажа, инклинометры и каверномеры имеют номинальные КФ. Для аппаратуры интегрального гамма-каротажа, нейтронного каротажа, плотностного гамма-гамма-каротажа, для скважинных термометров, манометров и расходомеров обычно строится индивидуальная КФ.

При градуировке всегда оцениваются погрешности построенной функции преобразования, включающие погрешности применяемых эталонов и погрешности аппроксимации реальной экспериментальной функции преобразования какой-либо известной функцией.

КФ может быть линейной или нелинейной, функцией одной, двух и более переменных.

Если линейная КФ проходит через ноль (начало декартовых координат), то в документации указывается только один коэффициент преобразования. Если она не проходит через ноль, то указывают формулу Y=а+вх , описывающую функцию преобразования двумя коэффициентами а и в , х - выходной сигнал.

Если характеристика нелинейная, то чаще всего указывают функцию преобразования в виде полинома второй степени Y=а+вх+сх 2 (с тремя коэффициентами) и (или) график функции. Полином более высокой степени не используется, так как степень кривизны функции обычно не велика. Реже используется степенная и логарифмическая КФ.

При определении (вычислении) коэффициентов КФ как функции одной переменной составляется система уравнений, в каждом из которых неизвестными являются сами вычисляемые коэффициенты для каждой пары "измеряемый параметр - выходной сигнал".

Номинальную или индивидуальную КФ аппаратуры представляют в виде формулы, графика или таблицы. Но в любом случае в её основе лежит функциональная зависимость, связывающая измеряемую величину с выходным сигналом аппаратуры, а также с параметрами влияющих величин на основе экспериментальных данных.

Эти данные попарно представляют собой измеренные значения величины, воспроизводимые эталоном или измеренные эталонным прибором, и измеренные значения выходного сигнала градуируемой аппаратуры. Каждое из этих измеренных значений содержит систематическую погрешность, что обусловливает неидеальность процесса калибровки СИ. Это означает, что координаты каждой экспериментальной точки, принятой для построения КФ, являются случайными величинами. Поэтому принятая для аппаратуры КФ является частной реализацией совокупности случайных реализаций КФ, отличающихся от идеальной КФ этой аппаратуры.

Возможны два варианта расположения принятой КФ аппаратуры относительно экспериментальных точек:

• 1) проходит строго через экспериментальные точки;
• 2) проходит между экспериментальными точками, не совпадая ни с одной из них.

В первом случае количество пар экспериментальных данных равно числу неизвестных параметров (коэффициентов) функции, принятой для аппаратуры в качестве КФ.

Для второго варианта число пар экспериментальных данных больше числа неизвестных коэффициентов КФ. Соответственно число уравнений в системе уравнений, равное числу пар экспериментальных данных, должно быть больше числа неизвестных коэффициентов КФ. В этом случае система уравнений не имеет однозначного решения и решается одним из статистических методов - методом наименьших квадратов (МНК).

Рассмотрим эти два метода построения КФ для трех видов функций, наиболее часто встречающихся в геофизике - линейной, параболической и логарифмической.

Калибровка средств измерений – совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик и метрологической пригодности тех средств измерений, которые применяются вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений.
При калибровке определяются действительные значения единиц величин, оцениваются значения неопределенности измерений, составляется бюджет неопределенности.

Стоимость калибровки

Часто спрашивают, почему на сайте Ростест-Москва тарифы на поверку выложены, а стоимости калибровки не сообщаются?! Лишь по той причине, что тарифы на калибровку не существуют в принципе. Поясним.

Поверка, как обязательная, так и добровольная, проводится в соответствии с методикой в полном ее объеме, поэтому техническое содержание метрологической процедуры заранее известно, а значит оценить объемы работ и соответственно их стоимость проблемы не составляет.

Калибровка же проводится по методике, обеспечивающей выполнение задач, поставленных перед калибровщиком заказчиком. Так, перед исполнителем могут быть поставлены задачи – определение действительных метрологических характеристик, проверка на метрологическую годность (может ли СИ далее использоваться по назначению), определение метрологической надежности СИ и иные исследования.

Только согласовав с заказчиком методику калибровки, можно оценить ее техническое содержание, объемы работы и ее стоимость.

Методики калибровки

Калибровка может осуществляться по методикам поверки, утвержденным в рамках проведения испытаний в целях утверждения типа, а также по методикам, приведенным в международных, региональных, межгосударственных или национальных стандартах.

В некоторых случаях для калибровки может быть использована методика поверки аналогичного СИ. Или методика калибровки, предоставленная заказчиком. Может использоваться методика, имеющаяся в фонде калибровщика, если та опять же по техническому содержанию отвечает задачам калибровки. Нередко методику калибровки приходится разрабатывать специально под конкретные задачи исследования.

При необходимости методики калибровки разрабатываются с учетом требований ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Методики калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению».

ВНИМАНИЕ
СИ, предоставляемые на калибровку, должны быть точно идентифицированы. В случае отсутствия маркировки о годе выпуска, изготовителе, заводском номере, при сдаче СИ необходимо предъявить паспорт. При отсутствии паспорта информация может быть предоставлена в письме на бланке организации.

СИ представляются на поверку чистыми, расконсервированными, с необходимыми комплектующими устройствами.

СИ, эксплуатируемые в (на) агрессивных (специальных) средах, должны представляться на поверку обеззараженными, нейтрализованными, дезактивированными.

Если калибровка выполняется по методике поверки, то необходимо указать наименование документа.

Прием СИ на проведение калибровки в соответствии с потребностями заказчика осуществляется только при предоставлении методики калибровки.

Перспективы калибровки

Стратегия обеспечения единства измерений до 2025 года, утвержденная Распоряжением Правительства Российской Федерации 737-р 19 апреля 2017 года, задающая целевые ориентиры для развития системы обеспечения единства измерений (ОЕИ) в условиях продолжения рыночных преобразований и построения инновационной экономики, предусматривает развитие добровольной сферы обеспечения единства измерений, и, в первую очередь, калибровки СИ.

Перспективность калибровки предопределена тем, что эта метрологическая процедура более информативна (в сравнении с поверкой) и широко распространена в зарубежной и международной практике.

Межотраслевой совет по прикладной метрологии и приборостроению при Комитете Российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП) по техническому регулированию, стандартизации и оценке принял решение о разработке «дорожной карты» развития калибровки в соответствии с требованиями международных стандартов, потребностями отраслей промышленности и необходимостью международного признания результатов измерений, проводимых отечественными предприятиями.

ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ КАЛИБРОВКА ОТ ПОВЕРКИ?

ЧЕМ ПОВЕРКА ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ КАЛИБРОВКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ?

Контроль сохранности и экспериментальное определение метрологических характеристик средств измерений могут быть осуществлены двумя видами испытаний: поверкой и калибровкой средств измерений (СИ). Федеральный закон от 26 июня 2008 г. N 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений" дает следующее определение этим понятиям:

КАЛИБРОВКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ – это совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений.

ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ – это совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.

Любая процедура ПОВЕРКИ может быть разделена на два этапа:

I этап - определение действительных значений метрологических характеристик средства измерений, т.е. осуществление калибровки, и

II этап - сравнение полученных значений с установленными требованиями, по результатам которого делается вывод о соответствии или несоответствии СИ данным требованиям.

Т.е., на основании ФЗ №102, результаты калибровки СИ, выполненной аккредитованными в установленном порядке в области обеспечения единства измерений юр.лицами, могут быть использованы при поверке средств измерений.

В таблице представлены сравнительные характеристики процедур калибровки и поверки:

— совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору.

В проекте новой редакции Закона представлены существенно скорректированные определения терминов «калибровка средства измерений», «поверка средства измерений (эталона)».

Калибровка средства измерений (СИ) * — совокупность операций, устанавливающих в заданных условиях соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений, и соответствующим значением величины, воспроизводимым эталоном, с целью определения действительных значений метрологических характеристик этого средства измерений.

Поверка средства измерений (эталона) — подтверждение соответствия средства измерений (эталона) установленным обязательным требованиям к выполнению измерений, основанное на результатах калибровки этого средства измерений (эталона). Из приведенных определений следует следующее.

Калибровка должна выполняться для любого СИ, поскольку СИ должно иметь установленные характеристики погрешности. Калибровка является необходимой технической процедурой как в сфере законодательной метрологии, так и вне ее.

Поверка средств измерений (поверка) - установление органом государственной метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом, организацией) пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.

Поверке подвергают средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору.

При поверке используют рабочий эталон. Поверку проводят в соответствии с обязательными требованиями, установленными нормативными документами по поверке. Поверку проводят специально обученные специалисты, аттестованные в качестве поверителей органами Государственной метрологической службы. Существуют следующие виды поверок.

Первичная - поверка, выполняемая при выпуске средства измерений из производства или после ремонта, а также при ввозе СИ из-за границы партиями, при продаже.

Периодическая - поверка СИ, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени (обычно 1, 2 или 0,5 года).

Внеочередная - поверка СИ, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки. Необходимость внеочередной поверки может возникнуть из-за ухудшения метрологических свойств СИ или подозрения в этом, нарушения условий эксплуатации и др.

Выборочная - поверка группы СИ, отобранных из партии случайным образом, по результатам которой судят о пригодности к эксплуатации всей партии.

Инспекционная - поверка СИ, проводимая органом Государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением СИ. Поверка средств измерений (приборов) включает в себя следующие операции:

1. Определение исправности прибора и наличия комплектующих. Для этого проводят внешний осмотр прибора, проверяют наличие паспорта, технической документации, комплектующих изделий, проверяют наличие маркировки и табличек (шильдиков) с указанием марки прибора, года изготовления, завода-изготовителя, заводского номера прибора и т.д. Проверяют отсутствие внешних повреждений, отсутствие подтёков масла и т.п. При наличии хотя бы одного из перечисленных недостатков прибор считается не прошедшим поверку.
2. После предварительного осмотра прибор подвергают собственно поверке. Целью операции поверки является проверка соответствия прибора его классу точности.

КАЛИБРОВКА И ПОВЕРКА

Калибровка средств измерений в РФ

Калибровка средства измерений — совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений.

Калибровка измерительных приборов заключается в установлении зависимости между показаниями прибора и размером измеряемой (входной) величины. Под калибровкой часто понимают процесс подстройки показаний выходной величины или индикации измерительного инструмента до достижения согласования между эталонной величиной на входе и результатом на выходе (с учётом оговоренной точности). Например, калибровкой медицинского термометра, показывающего в ванне с температурой 36,6°С результат на дисплее 36,3°С будет добавление 0,3°С. При этом неважно, будет ли эта величина внесена в память прибора или написана на приклеенной к термометру бумаге.

Калибровка средств измерений (СИ) осуществляется по таким направлениям: калибровка эталонных и рабочих СИ и калибровка точных СИ.

Калибровка СИ производится преимущественно метрологическими службами юридических лиц с использованием эталонов, соподчинённых государственным эталонам единиц величин.

В России калибровочная деятельность регламентирована Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» и многими другими подзаконными актами. К сожалению, в нормативных документах не очень чётко разграничены понятия «калибровка» и «поверка».

Поверка

Поверка средств измерений — совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия характеристик средства измерения установленным требованиям.

В России поверочная деятельность в отношении подпадающих под Государственный Метрологический Надзор средств измерения регламентирована Законом Правительства Российской Федерации от 26 июня 2008 года N 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» и многими другими подзаконными актами. Этими документами поверка определяется как «совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям» и далее «Правительством Российской Федерации устанавливается перечень средств измерений, поверка которых осуществляется только аккредитованными в установленном порядке в области обеспечения единства измерений государственными региональными центрами метрологии».

Ответственность за ненадлежащее выполнение поверочных работ и несоблюдение требований соответствующих нормативных документов несет соответствующий орган Государственной метрологической службы или юридическое лицо, метрологической службой которого выполнены поверочные работы.

Виды поверки

Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (стран СНГ) установлены следующие виды поверки

• Первичная поверка — поверка, выполняемая при выпуске средства измерений из производства или после ремонта, а также при ввозе средства измерений из-за границы партиями, при продаже.
• Периодическая поверка — поверка средств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени.
• Внеочередная поверка — Поверка средства измерений, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки.
• Инспекционная поверка — поверка, проводимая органом государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением средств измерений.
• Комплектная поверка — поверка, при которой определяют метрологические характеристики средства измерений, присущие ему как единому целому.
• Поэлементная поверка — поверка, при которой значения метрологических характеристик средств измерений устанавливаются по метрологическим характеристикам его элементов или частей.
• Выборочная поверка — поверка группы средств измерений, отобранных из партии случайным образом, по результатам которой судят о пригодности всей партии.
• Экспертная поверка — проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.

Метрологические службы на предприятиях и в организациях в процессе производства проводят метрологический контроль и надзор за средствами измерений путем:

• калибровки средств измерений;
• надзора за состоянием и применением средств измерений, с соблюдением метрологических правил и норм, а также нормативных документов по обеспечению единств измерений;
• поверки своевременности предоставления средств измерений на поверку и калибровку;
• выдачи обязательных предписаний, направленных на предотвращение, прекращение или устранение нарушений метрологических норм и правил;
• проведения метрологической экспертизы конструкторской и технологической документации и др.

В рамках МО производства проводится метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации, целью которой является анализ и оценка технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению, установлению норм точности и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, изготовления, эксплуатации и ремонту изделий.

Значение метрологического обеспечения производства для достижения высокого качества продукции определено рядом между народных документов, в том числе стандартом ИСО 10002-1 .

Соблюдение этого стандарта является одним из условий аккредитации системы качества на предприятии.

Нормативная документация

• Постановление Правительства Российской Федерации от 20 апреля 2010 г. N 250 "О перечне средств измерений, поверка которых осуществляется только аккредитованными в установленном порядке в области обеспечения единства измерений государственными региональными центрами метрологии"
• Федеральный закон Российской Федерации от 26 июня 2008 г. N 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений" - Опубликовано в "РГ" - Федеральный выпуск №4697 от 2 июля 2008 г.
• ОБ УТВЕРЖДЕНИИ "ПОРЯДКА ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ". ПРИКАЗ. ГОСТАНДАРТ РОССИИ. 18 июля 1994 г. N 125
• ПР 50.2.006-94 ГСИ. Порядок проведения поверки средств измерений
• ПР 50.2.014-96 ГСИ. Правила проведения аккредитации метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений
• ПР 50.2.012-94 ГСИ. Порядок аттестации поверителей средств измерений
• ПР 50.2.007-94 ГСИ. Поверительные клейма
• РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения