Wykład 6.
Administracja miar. Spójność pomiarów.
Hierarchia wzorców.
Wzorce wielkości elektrycznych i czasu.
Organizacja Państwowej Służby Miar
Główny Urząd Miar (GUM) - prezes
Okręgowe Urzędy Miar (OUM)  9 dyrektorów
(Bydgoszcz, Gdańsk, Katowice, Kraków, A
ódz
, Poznań, Szczecin,
Warszawa, Wrocław)
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
Obwodowy Urząd Miar
62 naczelników, m.in.
www.oum.gda.pl (np. Ełk)
Przyrządy pomiarowe powinny być
zgłaszane do legalizacji pierwotnej
Przyrządy pomiarowe podlegają kontroli
przez wytwórcę, sprzedawcę lub
metrologicznej organów administracji miar w formie:
importera przed wprowadzeniem
" zatwierdzenia typu,
ich do obrotu lub użytkowania
" legalizacji.
Legalizacja  sprawdzenie, stwierdzenie
i poświadczenie przez organ administracji miar (GUM,
Okręgowy lub Obwodowy UM), że przyrząd pomiarowy
spełnia wymagania przepisów metrologicznych i może
być stosowany do celów określonych w ustawie.
Legalizacja pierwotna i legalizacja ponowna.
.
Zatwierdzenie typu
 stwierdzenie zgodności właściwości narzędzi
pomiarowych z warunkami technicznymi i danymi
katalogowymi. Decyzję zatwierdzenia typu podejmowane
są po badaniach przeprowadzonych na 3-5 przyrządach
pobranych losowo z serii produkcyjnej. Wynik badania
jest pozytywny jeśli wszystkie narzędzia spełniają warunki
techniczne.
Zakres badań typu obejmuje pomiary: błędu
podstawowego, błędów dodatkowych, własności
dynamicznych, rezystancji wewnętrznej, czasu
nagrzewania się narzędzia, wytrzymałości izolacji
elektrycznej, generowanych zakłóceń
elektromagnetycznych, niezawodności, odporności na
drgania i wstrząsy, itd.  zależnie od rodzaju narzędzia.
Wzorcowanie, sprawdzenie wskazań
Wzorcowanie  czynności wyznaczenia i utrwalenia
charakterystyki systemu pomiarowego (narzędzia,
przyrządu); czynności nadania i utrwalenia miary wielkości
mierzonej wskazaniom systemu (przyrządu, narzędzia)
pomiarowego.
Sprawdzenie wskazań  czynności pozwalające stwierdzić,
że wskazania systemu (przyrządu) pomiarowego są zgodne
z wartościami wielkości mierzonej w granicach błędu
dopuszczalnego
Relacje pomiędzy czynnościami:
" Wzorcowanie - dokonuje się w procesie produkcji przyrządu lub
jego naprawy.
" Sprawdzenie wskazań - przeprowadza się w okresie
eksploatacji przyrządu (wymagania niezawodnościowe).
" Adjustacja - jest niezbędna przed pomiarem jako czynność przygotowawcza
(wg instrukcji).
" Korekcja - jest konieczna po negatywnym wyniku sprawdzania wskazań
(wykonuje to personel uprawniony, a nie operator). Korekcja powoduje
zmianę (ilościową, celową) właściwości metrologicznych urządzenia.
" Kalibracja - to stan systemu pomiarowego, w którym dokonuje się
uproszczonego sprawdzenia wskazań, uproszczonej korekcji właściwości
metrologicznych systemu, najczęściej wykonywanych automatycznie.
Administracja probiercza
Główny Urząd Miar (GUM) - prezes
Okręgowy Urząd Okręgowy Urząd
Probierczy Probierczy
w Krakowie w Warszawie
5 x Obwodowy Urząd 5 x Obwodowy Urząd
Probierczy Probierczy
" badanie zawartości metali szlachetnych w wyrobach,
półfabrykatach, surowcach i złomie oraz oznaczanie ich
polska cecha probierczą, a także wydawanie świadectw
badania;
" nadzór nad przestrzeganiem przepisów ustawy Prawo
probiercze &
Jednostki miar
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI
Na świecie:
- rezolucja nr 12 Generalnej Konferencji Miar z 1960r.;
- norma ISO 1000, 1973r,
- dyrektywa Unii Europejskiej z dn. 11.03.2009r.
W Polsce:
- Rozporządzenie Rady Ministrów RP z dn. 30.11.2006r
(Dz.U. nr 225 poz. 1638)
- Prawo o miarach. Ustawa z dn. 11.05.2001r
(Dz.U. z 2004 r. nr 243, poz. 2441 - z uwzględnieniem zmian).
Nowelizacja w 2004r i 5 marca 2010r !!!
Wzorzec miary  narzędzie (obiekt), substancja lub
zjawisko fizyczne odtwarzające w granicach znanej
niedokładności przejaw wielkości o określonej
wartości.
Wzorzec metra. Błędy graniczne odtworzenia.
1 definicja 2 definicja 3 definicja 4 definicja 5 definicja
1791r 1799r 1889r 1960r 1983r
1/10 000 000 Metr Prototyp metra Wielokrotność Długość drogi
część ćwiartki archiwalny (międzynarodowy długości fali przebytej przez
południka (platyna) wzorzec świetlnej światło w
przechodzącego kreskowy) kryptonu 86 określonym
przez Paryż Pt+Ir czasie
ą(0,01�0,02)
ą(0,15�0,20) ą 200 nm ą 4 nm ą 0,13 nm
mm
mm
" Wzorzec państwowy  uznany urzędowo w
danym kraju za podstawę do przypisywania
wartości innym wzorcom jednostki miary danej
wielkości;
" Wzorzec międzynarodowy  uznany umową
międzynarodową za podstawę do przypisywania
wartości innym wzorcom jednostki miary danej
wielkości;
ROZPORZ
DZENIE MINISTRA GOSPODARKI
z dnia 27 lutego 2007 r.
Wzorzec pierwotny (primary standard)  powszechnie
uznany jako charakteryzujący się najwyższą jakością
metrologiczną. Wartość jego jest przyjęta bez
odniesienia do innych wzorców miary tej samej wielkości
(inaczej: wzorzec absolutny)
Przykłady:
wzorzec absolutny napięcia oparty na zjawisku Josephsona,
wzorzec długości realizowany w odniesieniu do wartości długości fali
światła emitowanego przez laser,
wzorzec pH oparty na prawie Nernsta,
wzorzec fizykochemiczny  czysta woda.
Wzorzec wtórny  wartość uzyskana przez porównanie
z wzorcem pierwotnym jednostki miary danej wielkości.
" Wzorzec odniesienia  wzorzec jednostki miary
o najwyższej jakości metrologicznej w danym
miejscu lub danej organizacji, stanowiący
odniesienie do wykonywanych tam pomiarów.
" Wzorzec roboczy  wzorzec jednostki miary
używany do wzorcowania lub sprawdzania
przyrządów pomiarowych.
Na szczycie hierarchii powinien
Wzorzec podstawowy
BIPM
I GUM
stać wzorzec, dla którego wartość
miary jest potwierdzona przez
Wzorzec porównania Wzorzec odniesienia Wzorzec świadek
wiarygodność modelu fizycznego.
Warunek ten spełniają wzorce
kwantowe. Wzorcem
II GUM
Wzorzec I- rzędu
 ponadczasowym może być
OUM
stanowisko pomiarowe realizujące
model zjawisk fizycznych, może
III GUM
Wzorzec II- rzędu
być samo prawo fizyczne, gdy jest
OUM + lab. up.
dobrze określone, lub właściwość
materiału, gdy jest dobrze poznana
i niezmienna.
Wzorce niższych rzędów oraz narzędzia/przyrządy użytkowe
Układ sprawdzeń wzorców jednostki miary
Jednostka miary SI
porównanie kluczowe
Wartość odniesienia porównania kluczowego
stopień równoważności
Państwowy wzorzec jednostki miary
wzorcowanie
wzorcowanie
Wzorzec odniesienia Wzorzec odniesienia
porównania
wzorcowanie wzorcowanie
międzylaboratoryjne
Wzorzec roboczy Wzorzec roboczy
Wymagania:
" niezmienność w czasie,
" duża dokładność,
" łatwa odtwarzalność,
" łatwa porównywalność,
" łatwość stosowania.
Multimetry i kalibratory o niepewności pomiaru poniżej 10ppm
Wzorce elektryczne
Wzorzec 1A:
" natężenie prądu elektrycznego stałego, który płynąc w
dwóch równoległych prostoliniowych nieskończenie długich
przewodach o znikomo małym kołowym przekroju,
umieszczonych w próżni w odległości 1m od siebie,
wywołałby między tymi przewodami siłę 2�10Żw N na każdy
metr długości przewodu.
" złożona definicja  realizacja przy pomocy wagi prądowej
Rayleigha, niepewność < 6ppm;
" prawo Ohma, wzorce rezystancji i wzorzec napięcia,
niepewność < 1-2ppm.
Wzorzec napięcia stałego (SEM)
" Ogniwo Westona  reakcja chemiczna, mały prąd obciążenia
<100źA, napięcie zależne od temperatury, niepewność H"
2ppm; grupowy wzorzec 12 ogniw nasyconych w
temperaturze (20,000ą0,001)�C  od urodzenia .
" Złącze Josephsona (wzorzec absolutny), przemiennoprądowy
zewn. efekt Josephsona, charakterystyka schodkowa,
niepewność < 0,002ppm (2�10Ży ).
" Grupowy wzorzec na diodach Zenera (Fluke 734A),
niepewność dla 1,018V około 2ppm, dla 10V  około 1ppm.
Wzorce siły elektromotorycznej i napięcia
Ogniwa chemiczne Westona
nasycone
siarczan kadmowy
3CdSO4
3CdSO4+8H2
3CdSO4+8H2
O
O
Hg2SO
+
-
4
siarczan miedzi
amalgamat kadmu
Cd-Hg
Hg
PN-80 E-06531 Ogniwa wzorcowe
E = Et1 + a(t - t1) + b(t - t1)2 + c(t - t1)3
Et1  sem w temp. t1, t1 -temp. znamionowa, t -temp. ogniwa, a,b,c -stałe
Dane charakterystyczne:
Wartość uwierzytelniona SEM w temperaturze znamionowej
+20oC wynosi od 1,018540V do 1,018730V.
- duża bezwładność cieplna, stała czasowa ok. kilka godzin;
- jednakowa temperatura ramion;
- bardzo mała obciążalność, ok. 1�A;
- rezystancja wewnętrzna ogniwa nasyconego ok. 1k&!;
- klasa dokładności: 0,0002; 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01
lub odpowiednio: 2ppm; 5ppm; 10ppm; 20ppm; 50ppm; 100ppm.
Błąd podstawowy ogniwa wzorcowego to wartość dopuszczalnej
rocznej zmiany sem ogniwa wyrażonej w % wartości nominalnej.
Ogniwa nienasycone
- niewrażliwość na wstrząsy i wibracje
- zastosowanie w urządzeniach przenośnych
- budowane w czterech klasach dokładności: 0,002;
0,005; 0,01; 0,02;
- mała rezystancja wewnętrzna, ok. 600&!;
- duży prąd pobierany, ok. 100�A;
- uwierzytelniona wartość SEM w temperaturze 20oC
jest w zakresie od 1,01882V do 1,01902V
Grupowy wzorzec SEM
Grupa 12 ogniw nasyconych, utrzymywanych w stałej
temperaturze 20oC 0,001oC. Przechowywane w tych
warunkach już od momentu wyprodukowania, aby uniknąć
zjawiska histerezy.
Wartość wzorca jednostki SEM to średnia arytmetyczna
wartości SEM wszystkich ogniw wchodzących w skład grupy.
Wartość SEM wzorca ustala się w wyniku porównań w
Międzynarodowym Biurze Miar i Wag (BIPM) w Sevres
(odniesienie do wartości ustalonej w oparciu o efekt
Josephsona).
R3
R2 + R3
Uwy = UZ
R2
R2
Uwy
R1
UZ
Scalone z
ródło napięcia AD588 (Analog Devices) 
ą5 V lub ą10 V, niepewność 100ppm
Wzorce rezystancji
" oporniki z drutów i taśm oporowych, stopy miedzi:
manganin i nikrothal, stałość w czasie.
manganin nikrothal
Wsp. temperaturowy
d" 2�10Żu K{ ą d" 1�10Żu K{ ą
rezystancji
Rezystywność
43�10Żx &!m 133�10Żx &!m
Napięcie
termoelektryczne 1źV/K 2źV/K
względem miedzi
C
R L
Wzorzec rezystancji przy prądzie przemiennym:
" sposób nawinięcia opornika: bifilarne, Ayrtona,
plecione, itp.
" stała czasowa: R,L,C  (10Żv � 10Żx )s.
" klasy dokładności wg normy PN-90/06509:
0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2
np. graniczny błąd podstawowy < ą0,0005% (ą5ppm)
" obciążalność Pdop=1W lub Idop
" schemat elektryczny
R
1
I 2
U=R�I
3 4
Absolutny wzorzec rezystancji  kwantowy efekt Halla,
niepewność od 1ppm do 0,03ppm
Wzorzec czasu