Вызывает ли доверие «доверительная» погрешность образцовых СИ?

Подобно основному вопросу философии «До какой степени познаваем мир?», метрология ставит вопрос «До какой степени измеряем мир?, т.е. на сколько точны наши оценки того или иного явления?». В приземленном, бытовом варианте это значит, что, используя какой-то измерительный прибор, мы хотим знать, до какой степени мы можем ему доверять.

Ближе к нашей термометрической тематике. Возьмем рабочий термометр сопротивления. Для рабочих термометров определен допуск, т.е. фактически допустимая погрешность Δ, равная отклонению показаний от стандартной зависимости НСХ. Поэтому критерий годности и разделение на классы не вызывает трудностей. Если термометр в допуске заявленного класса (с учетом неопределенности измерений), то он годен. Его можно подключать к вторичному прибору со стандартной НСХ и погрешность считываемых показаний будет в пределах допуска.

Сложнее обстоит дело с определением погрешности и сортировкой по разрядам образцовых термометров. Их градуировка индивидуальная. Номинальной характеристики для них нет. Чем же отличаются термометры например второго и третьего разряда? Согласно поверочной схеме – доверительной погрешностью.

Привожу выдержку из нового варианта текста поверочной схемы.

2.2.7 В качестве образцовых средств измерений 3-го разряда применяют меры температуры (аппаратуру для реализации реперных точек температурной шкалы, калибраторы температуры), платиновые термометры сопротивления, стеклянные, кварцевые, термоэлектрические термометры и другие, соответствующие по своим метрологическим характеристикам требованиям, предъявляемым к образцовым средствам измерений 3-го разряда.
2.2.8 Доверительные погрешности образцовых средств измерений 3 го разряда при доверительной вероятности 0,95 составляют от 0,02 до 17 °C при линейной зависимости от значения измеряемой величины. (красным здесь и далее выделена возможная опечатка, или ошибка, или вообще не понятная автору вещь)
2.2.9 Образцовые средства измерений 3-го разряда применяют для поверки рабочих средств измерений методом непосредственного сличения в термостате или методом прямых измерений в мерах температуры.

Дополним это информацией непосредственно из графической части схемы (часть 2)

Термометры (2разряд 0-1085 °С; δ = 0,01-0,1 °C) – (передача δ_м =0,003-0,4 °C) – (3 разряд 0-1085 °С; δ = 0,02-2,0 °C)

Меры температуры (2разряд 0-1085 °С; δ = 0,01-0,1 °C) – (передача δ_м =0,008-0,03 °C) – (3 разряд 0-1085 °С; δ = 0,05-0,5 °C)

Образцовые платинородий-платиновые термоэлектрические преобразователи (2разряд 300 ÷ 1200 °С; δ = 0,35-1 °C) – (передача δ_м =0,05-0,1 °C) – (3 разряд 0-1085 °С; δ = 0,35-1 °C)

Образцовые платинородиевые термоэлектрические преобразователи (2разряд 600 ÷ 1800 °С; δ = 0,8-4 °C) – (передача δ_м =0,05-0,1 °C) – (3 разряд 600-1800 °С; δ = 0,8-4 °C)

Итак, основной метрологической характеристикой образцовых СИ является доверительная погрешность. Что такое доверительная погрешность образцовых средств измерений при доверительной вероятности 0,95? Как она рассчитывается при поверке и может ли она быть достаточным критерием для классификации СИ по разрядам? Начнем с того, что в стандартах на образцовые термопары доверительная погрешность вообще не рассчитывается. Стандарт на образцовые термометры ГОСТ Р 8.571-98 вводит расчет доверительной погрешности как СКО среднего арифметического из трех измерений в реперной точке, приведенное к интервальной оценке с помощью коэффициента Стьюдента. В низкотемпературной области в формулу включена также инструментальная добавка от погрешности измерительной аппаратуры. Можно ли считать, что такая оценка точности характеризует сам термометр? Скорее она характеризует процесс измерения (в основном воспроизводимость температуры реперной точки). Без сомнения, если применить расчет расширенной неопределенности, включающий все возможные влияющие факторы, то мы получим более полную оценку точности результата измерения. Однако, что касается свойств термометра, то даже в такой оценке будет задействована только кратковременная стабильность сопротивления в течение трех измерительных циклов. А ведь она может быть достаточно хорошей как для образцовых, так и для рабочих ТС. Поэтому, следуя данной методике поверки практически из любого ТС можно сделать образцовый термометр, измеряя его сопротивление на прецизионной установке. Получается, что критерий доверительной погрешности не может применяться для разделения термометров и термопар на разряды.

Какая характеристика является определяющей и крайне желательной для образцового СИ при условии его индивидуальной градуировки? Если спросить специалистов поверочных центров то ответ будет: стабильность его индивидуальной градуировочной зависимости за межповерочный интервал в условиях ежедневного термоциклирования. Три цикла градуировки, выполняемые при поверке, не могут быть гарантией сохранения стабильности характеристики в течение года!

Все, что сказано выше кажется очевидным. Почему же никаких изменений в направлении нормирования характеристик образцовых СИ не происходит? Стандарты на технические требования и поверку образцовых СИ будут пересматриваться в ближайшее время. Хочется уже сейчас внести предварительные предложения для разработчиков новых редакций.
1) Нормировать в тех. требованиях стабильность термометра как минимум за 50 циклов охлаждение-нагрев рабочем диапазоне.
2) Нормировать долговременный дрейф характеристики как минимум за 100 ч. выдержки при верхнем пределе температур.
3) При поверке взять за основу расчет расширенной неопределенности результата с формированием полного бюджета входящих стандартных неопределенностей.
4) В бюджет включать стандартную неопределенность, характеризующую дрейф характеристики СИ за межповерочный интервал, определенный по данным предыдущей поверки.
В этом случае расширенная неопределенность будет характеризовать точность конкретного термометра и может быть выбрана как критерий классификации термометров по разрядам в поверочной схеме.
Я предвижу, что многие образцовые термометры сопротивления по этому критерию будут браковаться. Особенно ТС, изготовленные на основе рабочих ЧЭ. С одной стороны это удобно, иметь вибропрочный термометр повышенной точности для использования в термостатах для градуировки рабочих ТС. С другой стороны, конструкция ЧЭ (как правило, это спираль в каналах, заполненных оксидом алюминия) не выдерживает длительные тепловые циклы, и термометр сильно дрейфует. Производство образцовых ТС из рабочих ЧЭ не оптимальный вариант. Фирмы-производители таких СИ должны работать над новой конструкцией ЧЭ.

Недавно в каталоге одной иностранной фирмы я видела целую серию термометров повышенной точности на разные диапазоны температур и с разными защитными корпусами. Метрологические характеристики, нормируемые для таких ТС две: долговременная стабильность сопротивления (за 100 ч) и стабильность при циклическом изменении температуры (50 циклов). Фирма также приводит неопределенность поверки ТС, но уже не как характеристику термометра, а скорее как характеристику своего собственного конкретного оборудования. Для некоторых видов ТС приводится комбинированная оценка – стабильность плюс неопределенность поверки.

Образцовые термометры и термопары используются в каждой поверочной лаборатории для передачи размера единицы температуры рабочим СИ. Излишне говорить, что от их качества зависит точность измерения температуры в научных исследованиях, в быту, на энергетических узлах учета, на производстве, в том числе на особо важных объектах, атомных станциях, реакторах и т.д. Вопрос о точности образцовых СИ, их применении и поверке является важным для всех нас.

Приглашаю специалистов и всех посетителей сайта к дискуссии по поводу качества образцовых СИ и нормирования их характеристик. Все Ваши мнения, замечания, статьи по этой теме будут незамедлительно публиковаться на сайте.



Гл. редактор сайта Моисеева Наталия Павловна